在工业的快速发展中,嵌入式技术正变得越来越重要和成熟。ARM嵌入式处理器作为一种32位高性能、低功耗的RISC芯片,支持多种操作系统、主频高、运算处理能力强,并可兼容8/16位器件,还能带海量低价的SDRAM数据存储器。得到了各行各业的青睐,已经显示出强大的功能和巨大的商业价值。尤其在控制领域获得了越来越广泛的应用。
利用以ARM为内核的嵌入式微处理器进行运动控制系统的开发,有着广阔的发展空间。在一些要求低成本的运动控制系统中,经常用步进电机做执行元件。步进电机在这种应用场合下最大的优势是:可以开环方式控制而无需反馈就能对位置和速度进行控制。但也正是因为负载位置对控制电路没有反馈,步进电机就必须正确响应每次励磁变化。如果励磁频率选择不当,电机不能够移到新的位置,那么实际的负载位置相对所期待的位置出现永久误差,即发生失步现象或过冲现象。
因此,在加减速过程中如何防止失步和过冲是开环控制系统能否正常运行关键的问题。在启动或停止时都需要进行加减速控制,这通常采用软件实现,以改变输出脉冲时间间隔升速或降速。此方法分为加速、匀速和减速三个阶段,其曲线如图1所示。
图1 步进电机加减速控制曲线
通过微处理器对步进电机进行加减速控制,就是改变输出脉冲时间间隔,使之逐渐增加(升级)或逐渐减少(降级)。采用恒加速度算法易于操作性强且效果好,如图2所示阴影部分面积为1.
图2 步进电机加减缩时脉冲频率变化图
软件实现上,我们使用定时器中断方式来改变定时器装载值,从而影响到输出脉冲频率。当我们使用ARM芯片S3C4510作为微处理器,可以通过它提供的一些特性,比如定时计数等功能来产生恰当频率及幅度的小范围调整,然后将这些信息转化为适合驱动变换单元(例如H桥)的信号。
结语
利用以ARM为内核的人工智能微处理主板,可以设计出非常经济型、高效型数控车床,它们能够代替传统PC-基于数控车床,大大降低成本并提高生产效率。而且,由于这些系统都是实时性的,它们对于精确地完成任务至关重要,因此需要高度精确的地面总线技术与硬件设计,以确保它们能够准确无误地执行预定的程序。此外,由于这些设备可能会被用于重复工作,所以它们还应该具有足够长寿命以及简单维护能力。这使得他们成为许多制造企业不可忽视的一项资产。