【導(dǎo)讀】進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說(shuō)明。同時(shí)，本論文的著作權(quán)由本人與湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方東方科。技學(xué)院、指導(dǎo)老師共同擁有。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承

　　

【正文】 ． 1 r／ s 、最大速度為 0． 2 r／ s、完成轉(zhuǎn)兩圈的位置控制。其軌跡曲線(xiàn)如圖 16(a)。 LM629所要求的各參數(shù)計(jì)算過(guò)程如下：由于 LM629對(duì)其進(jìn)行了 4倍頻，所以編碼器處理結(jié)果如下： 設(shè) PC為需向 LM629 寫(xiě)入的目標(biāo)位置值，其單位為 counts（編碼器脈沖數(shù) )設(shè) L為編碼器 500線(xiàn)數(shù)有 L=500 4=20xx；故有 PC=L期望轉(zhuǎn)數(shù) =20xx 100=20xx00=0X00030D40，即電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈， LM629計(jì) 20xx個(gè)數(shù)。 (1)采樣周期 : T 為采樣時(shí)間 = 2048\6000000=341μ S。 (2)速度 : 設(shè) V為需向 LM629 寫(xiě)入的目標(biāo)速度值，單位為 counts/sample。 故有 V=L T（期望速度 /60） =20xx 341 （ 600/60）=。 折合成 16進(jìn)制數(shù)： V= 65536=≈ 89391=0x004432EF。 (3)加速度 ： 17 設(shè) A （假設(shè)為每分鐘 600轉(zhuǎn)）為需向 LM629 寫(xiě)入的目標(biāo)加速度值，單 counts/sample2，故有 A=L T期望加速度 =20xx 341 341=。 折合成 16 進(jìn)制數(shù)： A= 65536=≈ 15=0x0000000F。 運(yùn)動(dòng)控制字 表 4 LM629 運(yùn)動(dòng)控制字 Table4 Trajectory Control Commands of the LM629 位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 說(shuō)明 相對(duì)位置 裝位置 相對(duì)速度 裝速度 相對(duì)加速 裝加速度 不用 不用 PWM=0 快停 慢停 速度方式 正轉(zhuǎn) 不用 不用 不用 軌跡參數(shù)編程時(shí)，以 LTRJ命令引導(dǎo)，緊隨其后為兩個(gè)字節(jié)的控制字。用戶(hù)能過(guò)動(dòng)動(dòng)指令輸入加速度、速度、位置、控制方式、轉(zhuǎn)向、停車(chē)方式等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)有前 2個(gè)字節(jié)的內(nèi)容如表 4所列。其后緊隨著的是加速、速度、位置參數(shù)數(shù)據(jù)。其中加速度和速度都是 32位數(shù)據(jù)，它們的低 16數(shù)據(jù)都是小數(shù)位。位置數(shù)據(jù)是 30位有符號(hào)數(shù)。 PID 參數(shù) 表 5 PID 控制字 Table5 Filter Control word Bit Allocation of the LM629 位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 說(shuō)明 積分極限 KD KI KP 不用 不用 不用 不用 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... 0 65536 1 1 1 1 1 1 0 LM629 內(nèi)部有一個(gè)數(shù)字 PID 控制器，用來(lái)控制閉環(huán)系統(tǒng)。數(shù)字 PID 控制器采用增量式 PID 控制算法，所需的 KP、 KI、 KD數(shù)據(jù)由 atmega32 單片機(jī)提供。數(shù)據(jù)的前 2 個(gè)字節(jié)中，低字節(jié)內(nèi)容如表所列；高字節(jié)存放微分采樣時(shí)間間隔數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)格式如表 5 所示。隨后是參數(shù)數(shù)椐，每個(gè)數(shù)據(jù)占 2個(gè)字節(jié)。順序?yàn)?KP、 KI、 KD和積分極限。 LM629 狀態(tài)和信息 18 表 6 LM629 的信號(hào)寄存器位 內(nèi)容 Table 6 Signals Register Bit Allocation of the LM629 位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 說(shuō)明 下一個(gè)index 命令錯(cuò)中斷 運(yùn)動(dòng)完成 中斷 Index 脈沖 中數(shù) 位置信息錯(cuò) 中斷 位置超差 中斷 斷點(diǎn)到中斷 停車(chē) 8 位輸入 誤差停 運(yùn)動(dòng)完成 速度方式 正轉(zhuǎn) 執(zhí)行UDF 裝加速 發(fā)生中斷 Atmega32 單片機(jī)可以寫(xiě) RDSTAT 和 RDSIGS 指令到 LM629，便可以讀出 LM629 的狀態(tài)和寄存器的數(shù)據(jù)。如表 6。通過(guò)判斷中斷的類(lèi)型，可以更好的 LM629 進(jìn)行相應(yīng)的操作。 例如當(dāng)位置超差的時(shí)候， LM629 的 HI端口便會(huì)變?yōu)榈碗娖?，這時(shí)單片機(jī)的外部中斷便可以采樣到中斷的信號(hào)，然后通過(guò)寫(xiě)入 RDSTAT 和 RDSIGS 的指令，然后讀出具體的中斷源，來(lái)停止對(duì)電機(jī)的控制。 LM629 控制字 Atmega32L 通過(guò)寫(xiě)一下指令來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) LM629 的控制。 LM629 有 22 條指令，單片機(jī)只要通過(guò)這些指令（表 7）可以對(duì) LM629 進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)傳送和了解狀態(tài)信息。 表 7 LM629 的用戶(hù)命 令集 Table 7 User Command Set of the LM629 命令 類(lèi)型 說(shuō)明 十六進(jìn)命令 數(shù)據(jù)字節(jié) RESET 初始化 LM628 復(fù)位 00 0 PORT8 初始化 8 位的 PWM 05 0 PORT12 初始化 12 位的 PWM 06 0 DFH 初始化 定義原點(diǎn) 02 0 SIP 中斷 設(shè)置 Index位置 03 0 LPEI 中斷 錯(cuò)誤中斷 1B 2 LPES 中斷 錯(cuò)誤停止 1A 2 SBPA 中斷 設(shè)置絕對(duì)斷點(diǎn) 20 4 SBPR 中斷 設(shè)置相對(duì)斷點(diǎn) 21 4 MSKI 中斷 屏蔽中斷 1C 2 RSTI 中斷 復(fù)位中斷 1D 2 LFIL 裝載 下載 PID 參數(shù) 1E 2 到 10 UDF 裝載 使 PID 參數(shù)有效 04 0 LIRJ 軌跡 下載軌跡參數(shù) 1F 2 到 14 STT 軌跡 啟動(dòng)電機(jī) 01 0 RDSTAT 反饋 讀狀態(tài) 無(wú) 1 RDSIGS 反饋 讀寄存器 0C 2 RDIP 反饋 讀 Index位置 09 4 RDDP 反饋 讀預(yù)定的位置 08 4 19 RDRP 反饋 讀實(shí)際的位置 0A 4 RDDV 反饋 讀預(yù)定的速度 07 4 RDRV 反饋 讀實(shí)際的速度 0B 2 RDSUM 反饋 讀積分與數(shù)據(jù) 0D 2 LM629 控制部分電路設(shè)計(jì) 圖 17 LM629的原理圖 Schematics of LM629 單片機(jī)模塊 在伺服器領(lǐng)域廣泛采用 MSP4 AVR 等 8 位單片機(jī)。本設(shè)計(jì)亦采用 AVR 系列單片機(jī) ATmega32L 作為模塊處理器 [1]。 ATmega32L 產(chǎn)品特性 （ 1） 它是一種高性能、低功耗的 8 位 AVR174。 微處理器 （ 2） 先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu) 131 條指令 ，大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期，32 個(gè) 8 位通用工作寄存器 全靜態(tài)工作 工作于 16 MHz 時(shí)性能高達(dá) 16 MIPS 只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器。 （ 3） 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 32K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash 擦寫(xiě)壽命 : 10,000 次具有獨(dú)立鎖定位的可選 Boot 代碼區(qū)通過(guò)片上 Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的同時(shí)讀寫(xiě)操作 1024 字節(jié)的 EEPROM 擦寫(xiě)壽命 : 100,000 次， 2K 字節(jié)片內(nèi)SRAM，可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)程序的加密。 （ 4） JTAG 接口 ( 與 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)兼容 ) （ 5） 符合 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能，支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能，通過(guò) JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對(duì) Flash、 EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程。 （ 6） 外設(shè)特點(diǎn) （ 7） 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器， 一個(gè)具有 20 預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器，具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器 RTC， 四通道 PWM， 8 路 10 位 ADC， 8 個(gè)單端通道， TQFP 封裝的 7 個(gè)差分通道 2 個(gè)具有可編程增益（ 1x, 10x, 或 200x）的差分通道； 面向字節(jié)的兩線(xiàn)接口可編程的串行 USART ，可工作于主機(jī) / 從機(jī)模式的 SPI 串行接口，具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，片內(nèi)模擬比較器。 （ 8） 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)，片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的 RC 振蕩器，片內(nèi) /片外中斷源。 （ 9） 6 種睡眠模式 : 空閑模式、 ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴(kuò)展的 Standby 模式。 （ 10） 有 5 個(gè)復(fù)位源 ATmega32L 最小系統(tǒng) 如圖 11是單片機(jī)控制部分電路模塊， atmega32L單片機(jī)、電源、復(fù)位電路、 JATG接口便構(gòu)成了一個(gè)最小的系統(tǒng)。 圖 18 處理器電路原理圖 The Schematics of Processor 驅(qū)動(dòng)模塊 18200 工作原理 采用 LMD18200 實(shí)現(xiàn)受限單極性驅(qū)動(dòng)方式， LMD18200 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司 (NS)推出的專(zhuān)用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的 H 橋組件。同一芯片上集成有 CMOS 控制電路和 DMOS功率器件，利用它可以與主處理器、電機(jī)和增量型編碼器構(gòu)成一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) [2]。 LMD18200 廣泛應(yīng)用于打印機(jī)、機(jī)器人和各種自動(dòng)化控制領(lǐng)域。 LMD18200 外形結(jié) 21 構(gòu)如圖 10所示，電路框圖如圖 10 所示。 圖 19 18200 結(jié)構(gòu)方框圖 18200 with square machine system 18200 引腳定義 表 8 LMD18200 引腳號(hào)定義 Table 8 User Command Set of the LM629 引腳 號(hào) 名稱(chēng) 功能描述 11 橋臂 1， 2 的自舉輸入電容連接端 在腳 1 與腳 腳 10 與腳 11 之間應(yīng)接入 10uF 的自舉電容 10 H 橋輸出端 3 方向輸入端 轉(zhuǎn)向時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)電流方 向見(jiàn)表 1。該腳控制輸出 1 與輸出 2（腳 10）之間電流的方向，從而控制馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的方向。 4 剎車(chē)輸入端 剎車(chē)時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)電流方向見(jiàn)表 1。通過(guò)該端將馬達(dá)繞組短路而使其剎車(chē)。剎車(chē)時(shí)，將該腳置邏輯高電平，并將 PWM 信號(hào)輸入端（腳 5）置邏輯高電平， 3腳的邏輯狀態(tài)決定于短路馬達(dá)所用的器件。 3 腳為邏輯高電平時(shí)， H 橋中 2 個(gè)高端晶體管導(dǎo)通； 3 腳呈邏輯低電平時(shí)， H 橋中 2 個(gè)低端晶體管導(dǎo)通。腳 4 置邏輯高電平、腳 5 置邏輯低電平時(shí)， H 橋中所有晶體管關(guān)斷，此時(shí)，每個(gè)輸出端只有很小的偏流（ ）。 5 PWM 信號(hào)輸入端 PWM 信號(hào)與驅(qū)動(dòng)電流方向的關(guān)系見(jiàn)表 1。該端與 3 腳（方向輸入）如何使用，決定于 PWM 信號(hào)類(lèi)型。 7 電源正端與負(fù)端 8 電流取樣輸出端 提供電流取樣信號(hào)，典型值為 377 μ A/A。 9 溫度報(bào)警輸出 溫度報(bào)警輸出，提供溫度報(bào)警信號(hào)。芯片結(jié)溫達(dá) 145℃時(shí)，該端變?yōu)榈碗娖?；結(jié)溫達(dá) 170℃時(shí)，芯片關(guān)斷。 LMD18200 內(nèi)部集成了四個(gè) DMOS 管，組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 H型驅(qū)動(dòng)橋。通過(guò)充電泵電路為上橋臂的 2個(gè)開(kāi)關(guān)管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個(gè) 300kHz左右的工作頻率。本系統(tǒng)在引腳 l、 11 外接 103 的電 容形成第二個(gè)充電泵電路，外接電容越大，向開(kāi)關(guān) 22 管柵極輸入的電容充電速度越快，電壓上升的時(shí)間越短，工作頻率可以更高。引腳 10接直流電機(jī)電樞，正轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳步到引腳 10；反轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳 10 到引腳 2。電流檢測(cè)輸出引腳 8可以接一個(gè)對(duì)地電阻，通過(guò)電阻來(lái)輸出過(guò)流情況。內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)置的過(guò)電流閾值為 10A，當(dāng)超過(guò)該值時(shí)會(huì)自動(dòng)封鎖輸出，并周期性的自動(dòng)恢復(fù)輸出。如果過(guò)電流持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，過(guò)熱保護(hù)將關(guān)閉整個(gè)輸出。過(guò)熱信號(hào)還可通過(guò)引腳 9輸出，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到 145 度時(shí)引腳 9有輸出信號(hào)，圖 11 為單極性驅(qū)動(dòng)方式下 理想波形圖。 LMD18200 提供雙極性驅(qū)動(dòng)方式和單極性驅(qū)動(dòng)方式。雙極性驅(qū)動(dòng)是指在一個(gè) PWM 周期里，電動(dòng)機(jī)電樞的電壓極性呈正負(fù)變化。雙極性可逆系統(tǒng)雖然有低速運(yùn)行平穩(wěn)性的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著電流波動(dòng)大，功率損耗較大的缺點(diǎn)，尤其是必須增加死區(qū)來(lái)避免開(kāi)關(guān)管直通的危險(xiǎn)，