伺服控製係統大部分都采用傳統的硬件結構，控製算法比較固定，而且也無法實現不同工況下的高性能控製算法，難以滿足現代工業的需求。現階段迫切需要研製一種智能型

、具有高可靠性
、控製性能更加優秀的電液伺服係統。基於DSP與STM32的智能型伺服控製器具有軟硬件結合程度更加緊密
、係統的智能化程度更高、可實現多種控製策略的優勢。本係統從實際的需求出發，結合精確數字PID控製算法和Fuzzy控製算法自身的優勢，組合成Fuzzy—PID控製算法，根據偏差的大小範圍選擇合適的控製算法進行調節。

本設計將兩款工控芯片——TI公司的浮點型DSPTMS320F28335和ST公司的ARM7升級版STM32F103RET6引入智能電液伺服係統
，設計了基於DSP與STM32的智能型伺服控製器，使電液控製技術進一步朝向數字化、集成化

、智能化
、輕量化、高精度、高可靠性
、節能降耗的方向持續發展。

1
、硬件設計

1.1 硬件總體結構

本係統硬件主要由STM32F103RET6和TMS320F28335兩部分組成。STM32F103RET6主要控製外圍電路，包括輸入信號調理模塊
、輸出信號調理模塊、A/D和D/A轉換模塊、硬件自檢測電路模塊、觸摸屏控製模塊、故障報警模塊;DSP芯片TMS320F28335主要完成算法的計算與以太網通信，包括外擴SRAM模塊、DM9000A以太網通信模塊
、EEPROM存儲模塊。兩者通過SPI進行數據通信，包括各種參數
、控製輸出量等。顯示模塊采用5.7寸電阻式觸摸屏，用於顯示各部分的工作狀態及運行情況，完成控製器各種參數的在線設定等人機交互。其硬件結構如圖1所示。

1.2 I/U變換電路

由於指令輸入信號和反饋信號都是4～20 mA直流信號，所以需要將其轉換成STM32F103RET6的A/D轉換器可接受的0～3 V直流電壓信號。圖2為I/U變換電路。
電阻R25輸入一個“-2.5 V”參考電壓，由“虛斷”可知
，經過R25和R26電阻分壓後
，在“1”點的電壓為：

所以U1=-0.1 V。由“虛短”可知
，“2”點的電壓U2=U1=-0.1 V，所以當4～20 mA電流信號輸入後
，“3”點的電壓U3=I×(R14+R16)-0.1，即U3=0.025×I-0.1。當I=4 mA時，U3=0 V;當I=20 mA時，U3=0.4 V，這樣就完成了4～20 mA到0～0.4 V的電流/電壓轉換。後級運放為同相比例運算放大器
，放大倍數：

所以輸出電壓公式為UO=7.5×U3。當輸入為4 mA時
，UO=0 V;當輸入為20 mA時，UO=7.5×0.4=3 V。經過兩級運放
，完成了從4～20 mA電流信號向0～3 V電壓信號的轉換。
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1.3 U/I變換電路

STM32F103RET6的D/A轉換輸出為0～3 V的直流電壓信號，要想驅動伺服閥，必須通過U/I變換，轉變成4～20 mA直流電流信號，如圖3所示。
由圖3可知，I0≈I3由“虛斷”和“虛短”可知：

其中，0≤V1≤3V，由於電阻阻值有誤差
，為了保證電路能從0～3 V轉換為4～20 mA，特意將電阻R44設置為200 Ω的滑動變阻器，用以彌補電阻阻值誤差帶來的影響。

圖4：主程序流程圖

2、軟件設計

2.1 STM32主程序設計

待係統上電初始化完成後，首先執行故障自診斷程序，當STM32F103RET6(以下簡稱STM32)無故障且外圍硬件電路無故障時，啟動STM32內部A/D轉換器，對指令信號(或本地給定信號)與反饋信號進行采樣和模數轉換，並將采集的數據通過SPI通信傳給DSP進行運算。DSP再將計算結果通過SPI傳給STM32，STM32經過內部的D/A變換輸出模擬量來控製電液伺服閥，並可以通過觸摸屏查詢各種參數、輸出控製量的曲線圖，判斷計算偏差的大小。若偏差為0
，則退出程序;反之
，則繼續執行以上過程
，直至偏差為0。係統工作的流程如圖4所示。
控製器的軟件設計采用模塊化編程方案
，軟件由STM32部分和DSP部分組成，STM32部分包括了係統初始化子程序
、A/D轉換子程序
、D/A轉換子程序
、係統自檢報警子程序、SPI通信子程序。DSP部分包括控製算法子程序、以太網通信子程序、EEPROM存儲子程序、SPI數據通信子程序
、係統初始化設置子程序。

2.2 DSP主程序設計

DSP部分的主程序主要的功能是：與STM32進行SPI通信，將STM32采集的數據通過控製算法計算出控製輸出量和以太網通信。在主函數中，首先禁用DSP內部看門狗，初始化DSP時鍾;其次
，初始化DSP各個內部模塊，然後禁用全局中斷，初始化中斷向量表，根據需求對中斷進行配置;待所有初始化完成後再打開全局中斷，最後程序進入無限循環等待SPI和以太網中斷。主程序流程圖如圖5所示。

3、係統測試

本係統設計了參數在線設定、guzhangzijiancedenggongneng，zaixitongzhengtideceshiguochengzhong，yejingxianshichuguzhangdebufen。jingguogexiangceshi

，ceshijieguobiaominggaikongzhiqiyunxingkekao，jubeilianghaodewentaixingnenghedongtaipinzhi，nenggouhuodejingmiqieshishidekongzhixiaoguo。biao1為伺服控製器瞬時測試結果。

其測試條件為：本地控製工作模式下，輸入信號均為4～20 mA
，且(qie)伺(si)服(fu)閥(fa)為(wei)正(zheng)作(zuo)用(yong)，位(wei)置(zhi)反(fan)饋(kui)為(wei)正(zheng)作(zuo)用(yong)。根(gen)據(ju)伺(si)服(fu)閥(fa)電(dian)流(liu)的(de)變(bian)化(hua)趨(qu)勢(shi)來(lai)確(que)認(ren)控(kong)製(zhi)算(suan)法(fa)是(shi)否(fou)正(zheng)確(que)
，在(zai)整(zheng)個(ge)測(ce)試(shi)過(guo)程(cheng)中(zhong)，當(dang)指(zhi)令(ling)信(xin)號(hao)小(xiao)於(yu)反(fan)饋(kui)信(xin)號(hao)時(shi)。伺(si)服(fu)閥(fa)電(dian)流(liu)呈(cheng)現(xian)減(jian)小(xiao)變(bian)化(hua)的(de)趨(qu)勢(shi);dangzhilingxinhaodayufankuixinhaoshi，sifufadianliuchengxianzengdabianhuadequshi。genjubianhuaqushidechukongzhisuanfafuheshijidetiaojieguilv。bensifukongzhiqidexianxingnihedukedadao0.078%，能完全滿足線性擬合度優於0.1%的要求，完全達到了預期設定的目標。

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