DSP 在短行程直线电机精密位置控制中的应用研究

短行程直流直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能、而不需任何中
间转换机构的传动装置。主要应用在高频往复短行程直线运动的特殊精密加工
场合。其特点是具有较高的动态响应能力，和闭环控制系统结合在一起，可精
密地控制位移。因此，位置信号的检测及其位置伺服控制成为直线电机精密位
置控制中的关键技术。选用 DSP 电机专用控制芯片，充分利用其片上功能外
设，可对位置信号高速可靠地进行检测，同时便于控制系统集成与实现。

TMS320x24x 系列 DSP（Digital Signal Processor 数字信号处理器）是美国
TI 公司专为实现高精度、高性能、功能多样化的单片电动机控制系统或运动控
制系统而设计的控制器芯片。它将 TI 公司的高性能 16 位 DSP 核 C2xLP 和丰
富的功能外设电路集成在单个芯片上，为设计小体积、低功耗、高可靠性、高性
能的电动机控制系统提供了理想的单片解决发案，使系统的整体成本大大降
低，同时也使电机控制技术发生了深刻的变化，传统的模拟控制方法已逐渐
被以微控制器为核心的数字控制方法所取代。

一、短行程直流直线电机的工作原理

短行程直流直线电机的结构示意图如图 1 所示。该直线电机采用动圈型永磁式

 

结构，主要由电机本体、移动线圈（动子） 、双环状永磁体、双预压弹簧和直线
位移检测装置（光栅尺）等组成。在动子的行程范围内，永磁体形成均匀的径
向磁场 B

δ

，当线圈中通入直流 I

a

电时，载有电流的导体在磁场中就会受到电

磁力的作用，电磁力的方向可由 Fleming 左手定则来确定。在电磁力的作用下，
动子只要克服弹簧的弹力以及动子存在的静摩擦阻力，即可沿轴向作直线运
动。改变电流 I

a

的方向，动子的运动方向也随之发生改变。直线电机的工作行

程范围为±5 mm。

二、基于 DSP 的直流直线电机位置控制系统组成

基于 DSP 的直线电机位置伺服控制系统采用数、模混合控制方式，即位置环
为数字控制，由数字信号处理器 DSP 完成，用于实现较高的位置控制精度，
而电流环及 PWM 由模拟电路完成，以满足电流环实时控制的需要。其伺服控

 

制系统主要有直流直线电机、直线位移检测装置（光栅尺） 、驱动器和控制器
四部分组成。控制系统结构框图如图 2 所示。