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China Computer&Communication人工智僥与很别技术2020年第22期
董娜娜
（长春工业大学人文信息学院，吉林长春130122 ）
摘要：考虑到传统的微型化智能伺服驱动器在实际应用过程中存在驱动速度低的问题，本文提出一种微型化智能伺服驱动器设计方法.一方面，构建隶属度函数，计算比例因子和量化因子，设计驱动模块，主要包括串口电路、ARM 微处理器以及CAN；另一方面，利用ARM微处理器的频率响应曲线与理论ARM微处理器响应曲线拟合，得出针对单目标优化的可靠性，完成微型化智能伺服驱动器设计.实验结果表明：设计的微型化智能伺服驱动器驱动速度明显高于对照组，驱动速度更高，可以实现对微型化智能伺服驱动器的优化设计.
关键词：微型化；驱动速度；伺服驱动器；ARM微处理器
中图分类号：TP343.7文献标识码：A文章编号：1003-9767（2020）22-137-02
Optimal Design of Miniaturized Intelligent Servo Driver
DONG Nana
(College of Humanities&Information Changchun University of Technology,Changchun Jilin130122,China) Abstract:Considering the low speed of the conventional servo drive,a method of intelligent drive is proposed in this paper.On the one hand,the membership function is constructed,the scale factor and quantization factor are calculated,and the drive module is designed,mainly including serial port circuit,ARM microprocessor and CAN;on the other hand,the reliability of single objective optimization is obtained by fitting the frequency response curve of ARM microprocessor with the response curve of theoretical ARM microprocessor,and the design of micro intelligent servo driver is completed.The experimental results show that the driving speed of the micro intelligent servo driver is significantly higher than that of the control group,and the driving speed is higher than that of the control group.
Keywords:miniaturization;drive speed;server driver;ARM microprocessor
0引言
微型化智能伺服驱动器作为智能机器中的核心部件，具有可编程功能，能够通过伺服驱动技术对梯形图进行编程，主要适用于木工机械领域。微型化智能伺服驱动器凭借强大的全数字化驱动器，可通过特有的运动控制指令，利用数据运算对多轴电机进行同步控制。在我国，针对微型化智能伺服驱动器的设计主要包括功率板、三相正弦PWM以及内核程序3部分。但传统的微型化智能伺服驱动器在实际应用过程中，往往存在响应速度慢、稳定性低的问题，因此对微型化智能伺服驱动器进行优化设计势在必行。本文以此为目标，开展微型化智能伺服驱动器设计，致力于设计出满足发展趋势的新型微型化智能伺服驱动器。
1微型化智能伺服驱动器设计
驱动模块是微型化智能伺服驱动器中的核心部分，因此在对微型化智能伺服驱动器进行设计时[1]，本文采用三相脉宽调制电机驱动芯片WRE2688795进行三相控制，将驱动电压设置为50V，连续相电流最小要达到10A，最大不超过15A…对于任何复杂的驱动模块而言，都需要设定比例因子和量化因子3〕。针对微型化智能伺服驱动器的运行特点，本文通过建立隶属度函数，对比例因子和量化因子进行计算。设驱动模块中的比例因子为z，可得式（1）：
[c⑷
其中:b是输入量隶属函数，a是输出变量的隶属函数，“是电机当前角度，c是电机当前转速，d是输出量
的控制曲
面。通过式（1）得出驱动模块中的比例因子。对于驱动模块中的量化因子计算，由于量化因子在本质上属于模糊集合，本文采用“重心法”为模糊集合去模糊化。设驱动模块中的
作者简介：董娜娜（1986—），女，吉林长春人，硕士研究生，讲师。研究方向：检测技术。
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量化因子为”，则有：n=p+i{E,e}p (2)其中，P 是输入量的修正值，Z 是电机给定转速，E 是相线电流，e 是电机额定功率。通过式(2)得出驱动模块中 的量化因子，估算得出的电容取值范围在15 ~ 1 024 pf，其 步长为15 pfo 考虑到在ARM 控制模块中通常包括多项性能 兼容指标，即多目标，本文采用将多个子目标以加权和的形 式展现，从而将多目标问题转换为单目标问题。在对单目标 问题进行分析的过程中，利用ARM 微处理器的频率响应曲 线与理论ARM 微处理器响应曲线拟合，从而得出针对单目 标优化的可靠性，并得出ARM 微处理器的自适应函数。设 ARM 微处理器的自适应函数为则其计算公式如式(3 )所示：30000e(s) + p 其中，$是自变量,(3)e 是采样频率。在理想ARM 微处理器的条件下，其最大
数值为30 000。CAN 主要用于连接串口电路与ARM 微处理器3】，本文不对其进行过多研究，而是 通过串口电路、ARM 微处理器以及CAN 实现微型化智能伺 服驱动器的设计。2实例分析 2.1实验准备本次实验选用ongoingTKSCO.10微米工艺库，其工作 电压为4.5 V，计算机选用Uicrv-18工作站，其CPU 大小为 500，内存为512 MB O 选取的种样本大小为100，进行代 数200代，设置初始交叉概率为0.98，初始变异概率为0.25。 本实验的默认频率参量为30 Hz，在每次对CC2530设备进 行调节操作后触动ARM 处理器，直至degee 监测器的数值 发生改变，分别利用本文提出的微型化智能伺服驱动器设计 方法与传统微型化智能伺服驱动器设计方法对该微型化智能 伺服驱动器进行设计，并设置传统微型化智能伺服驱动器设 计方法为实验对照组。在实验过程中，考虑到直流增益的问 题，将微型化智能伺服驱动器的驱动速度设置为本次对比实 验的验证指标，并记录实验结果。2.2实验结果与分析根据上述实验准备，将两种设计方法设计的微型化智能 伺服驱动器进行应用，并记录应用效果中的驱动速度指标。实验得出的具体结果如表1所示。
表1实验结果对比表本文设计的伺服驱动器的驱动对臆组伺服驱动器的驱动速 速度/(转/分) 度/(转/分)17 2005 400
27 2005 400
37 2005 40047 2005 40057 2005 40067 2005 400
77 2005 400
87 2005 40097 2005 400107 2005 400
根据表1可以看出，通过10次实验获得的实验数据均 一致，本文设计的微型化智能伺服驱动器的驱动速度明显高 于对照组，驱动速度更高，可以实现对微型化智能伺服驱动 器的优化设计，能够充分达到预期效果。因此，通过实验证明, 有理由大范围推广本文设计的微型化智能伺服驱动器。3结语本文对微型化智能伺服驱动器进行优化设计是十分必要 的，通过实例分析结果证明设计的微型化智能伺服驱动器具
有重要的应用价值，能够为微型化智能伺服驱动器的优化设
计提供理论支持。本文的唯一不足之处在于，没有对微型化
智能伺服驱动器在伺服驱动系统中的打开调试程序进行深入 分析，以此可以作为微型化智能伺服驱动器日后的研究内容。参考文献[1] 杜仁慧，陶春荣，游新望，等.全数字交流伺服驱动 器设计[J].雷达与对抗,2019,39(4):32-35.[2] 程永强.基于PLC 和伺服的砌块码垛机控制系统设 计[J].通化师范学院学报,2018,39(12):1-5.[3] 岳光，潘玉田，张华君.一种多神经元智能算 法的GURV 伺服控制系统研究[J].兵器装备工程学 报,2019,40(2):125-130,173.
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