基于dsp芯片的数字控制系统综述

2026-05-25 02:36:13

　　自动化控 制 ● Automatic Contro 基于 DSP 芯片的数字控制系统综述 本 文中 首先初 步介 绍 了控 制 系统 的基 础 知识 ，然后 就控 制 系 统 中 广泛 采 用 的 DSP 控 制芯 片， 分 别分析 了模 拟 电路 和数 字控 制 系统 中各 自的优 缺 点，并 就基 于 DSP 为基础的数字控制系统的优势 做 了简单的概括 。 文／ 常坤 以和模拟 电子技术不 同，温度和 噪声对系统的 影响不大 ，系统稳定性好 ，并且故 障率也较模 拟系统低 。 2． 2 集成化成度较 高 DSP 系 统 中包 含 的 CPLD 、DSP 芯片 和 FPGA 都是高集成 度的产品 ，适于 大规模的集 成和生产 。 【 关键词...

　　自动化控 制 ● Automatic Contro 基于 DSP 芯片的数字控制系统综述 本 文中 首先初 步介 绍 了控 制 系统 的基 础 知识 ，然后 就控 制 系 统 中 广泛 采 用 的 DSP 控 制芯 片， 分 别分析 了模 拟 电路 和数 字控 制 系统 中各 自的优 缺 点，并 就基 于 DSP 为基础的数字控制系统的优势 做 了简单的概括 。 文／ 常坤 以和模拟 电子技术不 同，温度和 噪声对系统的 影响不大 ，系统稳定性好 ，并且故 障率也较模 拟系统低 。 2． 2 集成化成度较 高 DSP 系 统 中包 含 的 CPLD 、DSP 芯片 和 FPGA 都是高集成 度的产品 ，适于 大规模的集 成和生产 。 【 关键词】DSP 芯 片 数 字控制 模拟 电子技 术 3 2． 灵 活性很好 传 统的控 制 系统或 者信 号 处理都 是利 用 模拟 电子技术来进行 设计，相 关硬件 设备和装 置都是利用 电容 、电阻和集 成运算放大器来构 造 。然而 ，随着社会 高速信 息化的快速发展， 我 国逐 步进 入数 字化 的时 代，数 字信 号处 理 技 术逐 渐发 展成 熟并 得到 了广 泛 的利用 。数 字信号 处理器 ( DSP) 作为模拟信号和数 字信 号转换 的实时专用 的一种处理器，处理速度是 CPU 的 l0 5O倍 。如今 ，DSP 已成为计算机、 通信和一系列消 费产 品等领域 的基础器件 。 1 典型控制 系统 的组成 比较典型 的闭环控制 系统主要有 控制器 、 传感器 、被控 对象这些基本模块构成 。制器会 依据 系统指令与传感器采集到 的反馈信号进行 比较 ，此过程中会不可避免 的产生误差 。控制 算法会 相应的计算出修正信号来使误差 降低 到 最 小，从而是系统能够获得最佳 的输 出，此过 程 可以采用单独的模拟技术 、数字技术 、或 两 种 技术 的混合完成。 通 常传统的控制系统只包含两个核心的模 块 ：被控对 象和控制器。控制器包含 了很 多个 子 系统，它的核心器件则是控制处理 器。控制 处理器能够实现控制算法 的各种功 能，由于控 制算法各 自不 同，所 以控制器也存在着许 多种 不同的形式。近代的控制方法 形式 非常多，比 如神经网络控制、适应控制等都能够用来进 行 设计控制系统。控制方法 的形 式多样 ，主要 体 现在 由不同的数学方程式和流程控制指令组成。 2 D SP的特点 数字 信 号处理 系统 具备 数字 处理 的一 些 特点 ，和其他 的处理器相 比还 具有 一些明显的 优 点，具体表现在 以下几个方面 。 2． 1 可靠性较强 DSP 系 统主要 是利 用 数字 处理 技术 ，所 传 统模 拟 系统 主要依 靠 元器件 来改 变性 能 ，而数字系统主要是数字信 号处理技术 的影 响 ，可 以很方便 的用于测试 、调试和 生产 ，灵 活性较模拟系统高 了很多 。 2． 4 接 口方 便 现代控 制系统 主要是 以数 字技术为基础 ， 因此针对 DSP 系 统，接 口都 是兼容 的， 因此 很方便 。 3 基于DSP为基础的数字控制系统 传 统模 拟 电子技 术能够 用 来构成 结构 较 简单 的控制 系统，如果控制系统的算法 比较复 杂 ，则传 统的模 拟电路很难实现。因此， 以数 字信 号处理器为核心的数字控制方式是当代设 计控制系 统的一种主流 发展趋 势。 基 于 DSP 为基础 的数字 控制 系统具 备一 些 不错 的优 点。 ( 1) 系统 的主要控 制算法 是采 用软件 来实 现 的，不像传 统的控制系统采用各种模拟 电子 元器件 来设计，因此针对较复杂的控制算法 ， 此 数字控 制系统具有 明显的优 势。 f2) 不 同控 制算法 的实现 ，我们 只需通过 修改相应的软件模块 即可实现 ，而不需要进行 硬 件电路的更改。此方法可大大降低整个系统 的成本花 费， 同时也可 以更加方便、 灵活 、 简单 。 (3) 由于数 字控制 系统 的硬 件设备 没有模 拟 电路那么复杂，因此降低 了系统 的重量 、体 积与功耗。此种系统可靠性较模拟 电路更 高， 并且能够很简单的就可进行测试与维修 ，抗干 扰性较强。 控制 系统采 用 D SP 的主要 一个优 势 即是 系统中不存在较复杂 的硬件 电路 ，可 以通 过软 件程序来取代实现相应 的功 能。随着现代 大规 模集成 电路的发展 ，芯片 的成本 也越来越低 。 由于 CPU 具有较 高 的处理能 力和存 储器 的容 量较大 ，此些硬件设备都能够在较 短的时间内 实现 比较复杂 的相应控制 算法 。因此，此系统 中用来实现控制功 能需要 的硬件，成本都是 比 248 电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering 较低的，可 以很好的节约成本 。 在工业 自动化的应用中 ，广泛采 用的都是 些较复杂的控制系统 。 比如机 器人 自动控制、 CNC 。在 国防工业 的相 关产 品中，比如导航与 导弹 ，可靠性要求都 需非常高。为此，我们采 用 DSP 为基 础 的控 制系 统取代 传统 模拟 电路 构成 的控制系 统，很 多方面的性能得到了很大 的提升 。而且 由于此 系统的硬件电路部分是非 常 高密度 的，这 可以大大削弱电路系统中 由于 高 电流 与电压 的变化对 电路所 造成的影响 。此 系统 中，可 以较 简单 的屏蔽控制芯片，各种信 号产生 的噪声 也能很 简单的过滤掉 。 我们在 采用 模拟 电路 设计 控制 系统 中存 在的一些问题，比如漂移现象都可 以在进行数 字 电路 的设 计中有 效 的避免 。通 过 DSP 软件 实现的数值计算不会随着各种外在条件对硬件 电路的影响而相应变 化， 计算都是肯定 正确 的， 而且还可 以针对存在的截断等相关 问题采取调 整相应的比例 来有效解决。 一4 结论 本在 对控 制 系统 的基本 组成 部分 做 了一 个简单 的介绍之后 ，开始分析典 型的控 制系统 模 型，然 后针对 现 当代 社会 广泛 采用 的基 于 DSP 为基础 的数字控制系统进行了分析，并将 它 同传 统的模拟信号处理 系统进 行 比较 。DSP 利用 的数字信号处理技术 由于具有 抗干扰能力 强 、可靠性强 、灵活 、方便 等特 点，采用软件 事项相应 的功 能，较传统 的模拟 电路体现 了明 显 的优势 。相信 ，在控制 系统的发展中，基于 DSP 为基础的数字控制系统前景越来越好 。 参考文献 [1] 廖 娜 ． DSP 应 用 技 术 综 述 ⋯ ．科 技 信 息 ， 2009(02) ：78． [2】卢英 ． 超 大规模数 字 系统控制 器的验证 实 现 [J 】 ． 计算机技术与发展 ， 2 008(05) ： 5 0． 【 3] 杨 嘉伟 ．数 字 信 号 处 理 (DSP) 器件 综述 【 J ] ．制导与引信 ， 1998(03) ： 38 44． 作者简介 常坤 ( 198 5一 ) ，男，现为西安科技大学通信 与信息工程学院实验室教师。研究方向为电子 科学与技术。 作者单位 西安科技大学通信与信息工程学院 安市710054 陕西省西