【正文】 期的減計數(shù)期間。本控制器中，對稱PWM的頻率計算公式為： （41）其中：為系統(tǒng)時鐘頻率，為分頻系數(shù)，為定時器1的周期寄存值。設置定時器1的計數(shù)器從0開始計數(shù)，比較寄存器CMPRx的值與周期寄存器之比即為輸出PWM信號的占空比，集通過調整比較寄存器的值即可得到相應的占空比。PWM占空比為： （42）通過對事件管理器寄存器進行配置產(chǎn)生PWM波形。寄存器設置步驟如下：（1）設置和裝載ACTRA；（2）如果用到死區(qū)單元，設置和裝載DBYTCONA；（3）初始化CMPRx； （4）設置和裝載COMCONA；（5）設置和裝載T1CON，啟動比較操作；（6）用新值更新CMPRx寄存器。當換相時刻到來需要換相時，PWM根據(jù)獲得的換相控制字做出相應的換相；當經(jīng)過電流控制確定系統(tǒng)需要改變PWM占空比時，根據(jù)計算的到的PWM占空比，對比較控制器CMPRx進行相應的數(shù)值更新。EVA的初始化程序為：void init_EVA(){=PWM_per。 //定時器1周期=0x0000。 //定時器1計數(shù)器為0=0x0000。//比較方式控制=0x0000。 //禁止死區(qū)=0xA600。=PWM_DUTY。=PWM_DUTY。=PWM_DUTY。 //設置PWM1PWM6比較寄存器=0x0842。 //連續(xù)遞增/減計數(shù)，定時器使能，比較使能=timer2_per。 //定時器2周期=0x0000。 //定時器2計數(shù)器為0=0x1042。 //連續(xù)增計數(shù)，定時器使能，比較使能} 定時器1中斷模塊在電機運行過程中，有定時器1周期匹配中斷服務程序對電機轉速和電流進行采樣和控制。本設計中設定PWM頻率為10KHz，即通用定時器1的周期為100us，因為此電流環(huán)采樣更新時間為100us，選擇速度環(huán)采樣時間為2ms,為電流環(huán)采樣時間的20倍。在定時器1周期匹配的中斷服務程序中設置了一個軟件計數(shù)器，用全局變量Count來實現(xiàn)，中斷服務程序運行一次，Count就加一次，當Count=2時，調用電流環(huán)的控制子程序，當Count=40時，調用速度環(huán)的控制子程序，速度環(huán)的控制子程序調用之后將Count清零。這樣就實現(xiàn)了100us的電流環(huán)采樣和2ms的速度環(huán)采樣。定時器1周期匹配中斷流程圖如圖44所示。（1）電流環(huán)控制子程序該子程序要實現(xiàn)的功能為：由（本設計中=0）得到AD轉換結果。此結果即為電機相電流測量值；根據(jù)速度調節(jié)得到的電流參考值和測量值進行比較，對得到的偏差值在經(jīng)過電流PI控制；最后得到的控制量改變PWM的占空比。電流環(huán)子程序的流程圖如圖45所示。A/D轉換設置成通過事件管理器1計數(shù)器周期匹配中斷來啟動，也就是當定時器1計數(shù)器的值與周期寄存器的值相同時，產(chǎn)生一個匹配中斷。由于PWM的通用定時器1設置成連續(xù)遞增/遞減計數(shù)方式，這種方式使得A/D轉換始終在功率開關器件導通的中間進行電流采樣，保證了同步性，避免了在功率開關器件關斷時進行采樣的情況。中斷返回定時器1下溢中斷Count=2?Count=40?Count++開中斷電流環(huán)控制子程序速度環(huán)控制子程序否否是是圖 44定時器1周期匹配中斷流程圖電流環(huán)子程序讀取A/D轉換結果電流PI控制改變PWM占空比返回圖 45 電流環(huán)子程序流程圖（2）速度環(huán)控制子程序電機速度控制采用積分分離PID控制，速度調節(jié)流程如圖46所示。積分分離PID控制具體實現(xiàn)過程為：（1）根據(jù)實際情況，人為設定一個閾值；（2）當時，采用PD控制，避免過大的超調，使系統(tǒng)有較快的響應；（3）當時，采用PID控制，可保證系統(tǒng)的控制精度。寫成公式，可在PID算法的積分項上乘以一個系數(shù)，按下列取值： （43）當時，即=0，進行PD控制，其控制算法為：= == （44）其中，或者，為比例系數(shù)，為微分時間常數(shù)，T為采樣周期。返回參考電流值速度控制子程序計算當前速度偏差獲得參考電流對進行限幅Count=0是否PID控制PD控制 圖 46 電機速度調節(jié)流程圖 當時，取=1，進行PID控制，即 （45） = （46）式中 ，，或。本控制器設置當電機的實際速度與給定速度的絕對差值時，采用數(shù)字PID控制；當電機實際速度與給定速度的偏差時，采用PD控制，以消除積分校正環(huán)節(jié)對控制系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。最后，輸出的參考電流經(jīng)過限幅處理后送入電流環(huán)進行調節(jié)。電機保護中斷服務模塊完成的主要功能是對系統(tǒng)可能發(fā)生的故障進行檢測，并采取相應的措施避免電機或驅動器的損壞。本次設計中包含了用于電機保護的硬件電路，即過流保護、過壓及欠壓保護，但過流保護的實現(xiàn)是通過軟件來實現(xiàn)的，所以必須設計軟件來實現(xiàn)過流保護。當出現(xiàn)過流時將發(fā)生不可屏蔽中斷，關閉PWM輸出，確保整個電機控制系統(tǒng)的安全。子程序中，通過比較方式控制寄存器ACTRA設置為0xFFFF，使六路PWM的輸出全部為低，保證逆變橋電路的功率管處于截止狀態(tài)，從而保護電路。電機保護中斷流程圖如圖47所示。故障中斷入口保護現(xiàn)場設置ACTRA為0xFFFF封鎖所有PWM信號恢復現(xiàn)場中斷返回 圖 47 電機保護中斷流程圖 CAN總線接口通信程序設計CAN通信采用短幀格式。數(shù)據(jù)幀由幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、校驗域、應答域和幀結束組成。圖48為TMS320F2812支持標準幀和擴展幀格式。 圖 48 CAN信息幀格式在使用CAN模塊之前，必須進行初始化，并且只有CAN模塊工作在初始化模塊下才能進行初始化。圖49為CAN模塊的初始化流程圖。標準模式（CCR=0 CCE=0）配置需要的工作模式（CCR=1 CCE=0）等待模式配置（CCR=1 CCE=0）配置模式有效(CCR=1 CCE=1)改變時能的位時序參數(shù)配置需要的標準模式（CCR=0 CCE=1）等待標準模式配置（CCR=0 CCE=1）標準模式配置完成CCE=0CCE=1 圖 49 CAN模塊的初始化流程圖初始化模式和正常操作模式之間的轉換是通過CAN網(wǎng)絡同步實現(xiàn)的。也就是在CAN控制器改變工作模式之前，要檢測總線空閑序列（等于11接收位）。如果產(chǎn)生支配總線錯誤，CAN總線將不能檢測到總線空閑狀態(tài)，也就不能完成模式轉換。將CCR（）置1，使CAN模塊工作在初始化模式。而且只有CCE（）=1時，才能執(zhí)行初始化操作。完成上述設置后，CAN模塊的配置寄存器才能完成寫操作。標準CAN模式（SCC）：為了能夠調整全局接收屏蔽寄存器（CANGAM）和兩個局部接收屏蔽寄存器[LAM（0）和LAM（3）]，CAN模塊也需要工作在初始化模式。通過將CCR（）清零，可以使CAN模塊處于工作模式，硬件復位后，模塊就會進入初始化模式。如果CANBTC寄存器的值位0，或者為初始值，則CAN模塊將一直工作在初始化模式。也就是當清除CCR位時，CCE（）位保持1[22]。CPU將等待發(fā)送的數(shù)據(jù)存放到發(fā)送郵箱。數(shù)據(jù)和標志位寫到發(fā)送郵箱后，若已使能了郵箱（），將TR[n]置位就可以把信息發(fā)出去。若多個郵箱配置為發(fā)送郵箱，且有多個相應的TR[n]置位，則按郵箱優(yōu)先級的順序依次發(fā)送。在標準CAN總線模式下，發(fā)送郵箱的優(yōu)先級和郵箱編號有關，15號郵箱具有最高的優(yōu)先級。在eCAN模式下，它與消息控制寄存器（MSGCTRL）的TPL位的設置有關。TPL中設置的值越大，優(yōu)先級也就越高。只有當兩個郵箱的TPL值設置相同時郵箱編號大的發(fā)送郵箱才有較高的優(yōu)先級。如果仲裁或錯誤導致發(fā)送失敗，將重新發(fā)送消息。在消息重發(fā)之前，CAN模塊要檢查是否有其他的發(fā)送請求，然后根據(jù)優(yōu)先級順序發(fā)送優(yōu)先級高的消息。在CAN模塊接受消息時，首先比較輸入消息的標志符和接受郵箱中存放的標志符，如果相等，接受標志符、控制位和數(shù)據(jù)字節(jié)餓到相應的RAM空間。同時，相應的接受消息掛起位RMP[n]（～0）置位。如果已經(jīng)使能了中斷，也會產(chǎn)生中斷。如果兩者的標志符不一致，則不存儲輸入的消息。當接收到消息時，消息控制器開始從郵箱編號最高的郵箱搜索標識符匹配的郵箱。標準CAN模式下，郵箱15有最高的接收優(yōu)先級，而在eCAN模式下，郵箱31有最高的接收優(yōu)先級。讀取完數(shù)據(jù)后，CPU必須將RMP[n]（～0）復位。如果同一個郵箱接收到第二個消息，且接收消息掛起位已經(jīng)置位，相應的消息丟失位RML[n]（～0）就會置位。在這種情況下，如果覆蓋保護位OPC[n]（～0）被清零，原有的消息就會被新接收到的消息覆蓋，否則檢查下一個郵箱。如果郵箱配置為接受郵箱且RTR位置位，則該郵箱可以發(fā)送一個遠程幀。一旦遠程幀發(fā)送出去，CAN模塊就會清除郵箱的TRS位。本章小結：本章設計了運動控制器的軟件部分，首先簡要介紹了軟件的開發(fā)環(huán)境，其次將控制器軟件部分模塊化，分別介紹了各模塊的設計思想及設計流程。對傳統(tǒng)的PID控制方法進行了改進，重點提出了積分分離PID控制思想?？? 結經(jīng)過一個學期的不懈努力，基于DSP的小型地面移動機器人運動控制系統(tǒng)取得了一定的成果。總結如下：（1）選擇了適合機器人運動控制且功能強大的DSP芯片TMS320F2812。采用TMS320F2812設計控制器，可以提高控制系統(tǒng)的控制精度和響應速度，增加了系統(tǒng)的可靠性。（2）為了減少電機在運行過程中積分校正環(huán)節(jié)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響，本設計對用于電機速度控制的PID環(huán)節(jié)進行改進，提出了積分分離PID算法。積分分離PID算法的優(yōu)點，改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。以下簡要介紹整個控制系統(tǒng)的工作過程：運動控制器采用電流環(huán)和速度環(huán)實現(xiàn)電動機的雙閉環(huán)控制。其外環(huán)為速度環(huán)，內環(huán)采用電流環(huán)。首先，通過霍爾位置傳感器信息計算出電機運行中的實時轉速，然后將實時電機轉速和給定的參考值之間的偏差經(jīng)積分分離PID調節(jié)后，輸出電流參考值。其次，將電流參考值與電機實際電流進行比較，得到的偏差送入電流調節(jié)器進行PI調節(jié)，調節(jié)后的控制量用于改變PWM的占空比。最后，輸出的PWM信號經(jīng)電壓逆變后輸入電機，實現(xiàn)電機電流環(huán)和轉速環(huán)的雙閉環(huán)控制。 （3） 建立了電機控制器的硬件平臺。以ARM9系列處理器和TMS320F2812為核心，設計了TMS320F2812所需電源電路，電機驅動電路。為了保護電機，還設計了電機過流、過壓及欠壓保護電路。同時控制板與驅動板全部采用光耦隔離，使整個系統(tǒng)安全可靠。（4）完成了電機控制器的軟件設計。整個系統(tǒng)采用模塊化設計，包括系統(tǒng)初始化、中斷模塊、PID控制算法模塊、PWM輸出模塊等。軟件的模塊化設計增強了程序的可讀性，有利于系統(tǒng)的調試、修改以及升級。由于時間及條件的限制，本課題中還有很多工作需要進一步完善，整個控制器距離實際應用還有一定的差距。以后還需要在以下方面多做工作：（1）本控制器用6個MOSFET來驅動電機，可以考慮改用專用的IPM模塊，提高控制器性能，增強驅動能力，減小控制器的體積。 （2）與光電編碼器相比，通過霍爾位置信號測算電機的轉速很不精確。因此，在電機轉速檢測這方面，可以考慮使用光電編碼器。 （3）如何把先進的控制算法編寫成高效的控制程序，是控制器軟件設計中必須考慮的很重要的問題。 參考文獻 [1] (美)Gordon McComb, Myke Predko (著), 龐明（譯）. 機器人設計與實現(xiàn). 北京:科學出版社,2008[2] (美)DavidCook (著), 崔維娜(譯). 機器人制作入門. 北京:北京航空航天大學出版社,2005[3] 劉金琨編著. 機器人控制系統(tǒng)的設計與MATLAB仿真. 北京:清華大學出版社,2008[4] 夏長亮著. 無刷直流電機控制系統(tǒng). 北京:科學出版社,2009[5] 丁峰, 徐靖, 魯立編著. 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