DSP的VCM低頻主動隔振控制系統(tǒng)設計

摘要：音圈電機(Voice Coil Motor，VCM)因其良好的線性驅動性能，在主動隔振系統(tǒng)中作為主動吸振器的驅動器日益受到人們的青睞。本文設計了一種應用于低頻主動隔振系統(tǒng)中，基于DSP的VCM控制系統(tǒng)，給出了軟、硬件設計方法，并介紹了一種基于時鐘節(jié)拍和消息機制的軟件系統(tǒng)的工作原理。
關鍵詞：音圈電機；DSP；時鐘節(jié)拍；消息機制

引言
近年來，隨著微／納米技術的蓬勃發(fā)展，加工、測量都要求一個穩(wěn)定的環(huán)境，以提高加工、測量精度。然而振動干擾無處不在，室外交通、室內人員走動、機械設備運轉等均可能造成振動干擾。大地產(chǎn)生的振動頻率約為0．1～10 Hz，實驗室人員走動所產(chǎn)生的振動頻率約為1～3Hz，一般建筑物的振動頻率約在10～100 Hz之間。而且這些振動都很難徹底消除，所以振動的抑制與隔離就尤為重要。
振動的抑制與隔離方法有多種，通常將振動隔離技術分為被動隔振技術和主動隔振技術。音圈電機(Voice Coil Motor，VCM)是電磁線性電機中的一種，最早用于擴音器。因其具有結構簡單、直接驅動、維護容易等優(yōu)點，并具有良好的加速、減速性能，所以VCM激勵器常用于需要快速、運動受控的設備等場合，如DVD中的伺服控制、硬盤，以及攝像機鏡頭等。本文選用VCM作為低頻主動隔振系統(tǒng)中主動吸振器的驅動器，并給出了軟、硬件設計方法。

1 系統(tǒng)硬件設計
VCM控制系統(tǒng)硬件電路采用TI公司的TMS320F2812(以下簡稱F2812)作為控制系統(tǒng)核心。該芯片是一款功能非常強大的32位定點DSP芯片，既具有數(shù)字信號處理能力，又具有強大的事件管理能力和嵌入式控制功能。時鐘頻率為150 MHz，能夠滿足系統(tǒng)實時性要求。另外，該芯片還支持96個外部中斷、豐富的外部存儲器接口等。VCM控制系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

圖1中，電源模塊為系統(tǒng)提供各種規(guī)格的電源需求；DSP最小系統(tǒng)模塊是控制系統(tǒng)的運算處理核心；數(shù)據(jù)存儲模塊分別采用IS61LV25616AL和SST39VF800Q擴展了8 MbFlash和4 Mb RlAM；CPLD擴展模塊采用EPM3256A系列的CPLD擴展了人機交互模塊和RS232和USB2．0通信模塊；加速度傳感器信號采集電路是主動隔振系統(tǒng)的振動干擾檢測模塊，即控制系統(tǒng)的前向通道；VCM驅動電路模塊為控制系統(tǒng)的后向通道。
在主動隔振系統(tǒng)中，采用的是ICP式加速度傳感器來檢測隔振平臺的振動情況。傳感器的輸出為±5 V的電壓信號，為了獲得足夠的分辨率和線性度，選用了ADI公司的24位∑-△ADC轉換芯片AD7734。其非線性度不超過±0．0025％，并具有SPI通信接口。通過配置AD7734的內部寄存器，可以直接采樣加速度傳感器輸出的±5 V信號。前向通道的電路原理圖如圖2所示。其中，AD780是一款超高精度帶隙基準電壓源，可以提供2．5 V輸出。