【正文】 參考文獻(xiàn) [1] (美)Gordon McComb, Myke Predko (著), 龐明（譯）. 機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 北京:科學(xué)出版社,2008[2] (美)DavidCook (著), 崔維娜(譯). 機(jī)器人制作入門(mén). 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005[3] 劉金琨編著. 機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與MATLAB仿真. 北京:清華大學(xué)出版社,2008[4] 夏長(zhǎng)亮著. 無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng). 北京:科學(xué)出版社,2009[5] 丁峰, 徐靖, 魯立編著. ARM系統(tǒng)開(kāi)發(fā)從實(shí)踐到提高. 北京:中國(guó)電力出版社,2007[6] 張綺文, 謝建雄, 謝勁心編著. ARM嵌入式常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講. 北京:電子工業(yè)出版社,2007[7] 韓安太, 劉峙飛, 黃海編著. DSP控制器原理及其在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用. 北京:清華大學(xué)出版社,2003[8] 蘇濤主編. DSP接口電路設(shè)計(jì)與編程. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2003[9] 姜艷波編著. 數(shù)字信號(hào)處理器DSP應(yīng)用100例. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009[10] 寧改娣, 曾翔君, 駱一萍編著. DSP控制器原理及應(yīng)用. 北京:科學(xué)出版社,2009[11] 鄭紅, 隋強(qiáng)強(qiáng), 周星編著. DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008[12] 鄭紅編著. DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006[13] 朱銘鋯編著. DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京:電子工業(yè)出版社,2002[14] 張?zhí)? 任宏編譯. TI DSP在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用. 北京:電子工業(yè)出版社,2008[15] 冬雷編著. DSP原理及電機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007[16] 劉和平編著. DSP原理及電機(jī)控制應(yīng)用:基于TMS320LF240x系列. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006[17] 謝寶昌, . 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005[18] 章云編著. DSP控制器及其應(yīng)用. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001[19] Andrew Bateman, Iain PatersonStephens(著). DSP算法、應(yīng)用與設(shè)計(jì):英文版. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003[20] (英)Andrew Bateman, (英)Iain PatersonStephens。因此，在電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)這方面，可以考慮使用光電編碼器。以后還需要在以下方面多做工作：（1）本控制器用6個(gè)MOSFET來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，可以考慮改用專用的IPM模塊，提高控制器性能，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，減小控制器的體積。軟件的模塊化設(shè)計(jì)增強(qiáng)了程序的可讀性，有利于系統(tǒng)的調(diào)試、修改以及升級(jí)。（4）完成了電機(jī)控制器的軟件設(shè)計(jì)。為了保護(hù)電機(jī)，還設(shè)計(jì)了電機(jī)過(guò)流、過(guò)壓及欠壓保護(hù)電路。 （3） 建立了電機(jī)控制器的硬件平臺(tái)。其次，將電流參考值與電機(jī)實(shí)際電流進(jìn)行比較，得到的偏差送入電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的控制量用于改變PWM的占空比。其外環(huán)為速度環(huán)，內(nèi)環(huán)采用電流環(huán)。積分分離PID算法的優(yōu)點(diǎn)，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。采用TMS320F2812設(shè)計(jì)控制器，可以提高控制系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度，增加了系統(tǒng)的可靠性。總 結(jié)經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的不懈努力，基于DSP的小型地面移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)取得了一定的成果。本章小結(jié)：本章設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)控制器的軟件部分，首先簡(jiǎn)要介紹了軟件的開(kāi)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(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)流程。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(gè)遠(yuǎn)程幀。如果同一個(gè)郵箱接收到第二個(gè)消息，且接收消息掛起位已經(jīng)置位，相應(yīng)的消息丟失位RML[n]（～0）就會(huì)置位。標(biāo)準(zhǔn)CAN模式下，郵箱15有最高的接收優(yōu)先級(jí)，而在eCAN模式下，郵箱31有最高的接收優(yōu)先級(jí)。如果兩者的標(biāo)志符不一致，則不存儲(chǔ)輸入的消息。同時(shí)，相應(yīng)的接受消息掛起位RMP[n]（～0）置位。在消息重發(fā)之前，CAN模塊要檢查是否有其他的發(fā)送請(qǐng)求，然后根據(jù)優(yōu)先級(jí)順序發(fā)送優(yōu)先級(jí)高的消息。只有當(dāng)兩個(gè)郵箱的TPL值設(shè)置相同時(shí)郵箱編號(hào)大的發(fā)送郵箱才有較高的優(yōu)先級(jí)。在eCAN模式下，它與消息控制寄存器（MSGCTRL）的TPL位的設(shè)置有關(guān)。若多個(gè)郵箱配置為發(fā)送郵箱，且有多個(gè)相應(yīng)的TR[n]置位，則按郵箱優(yōu)先級(jí)的順序依次發(fā)送。CPU將等待發(fā)送的數(shù)據(jù)存放到發(fā)送郵箱。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。標(biāo)準(zhǔn)CAN模式（SCC）：為了能夠調(diào)整全局接收屏蔽寄存器（CANGAM）和兩個(gè)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。而且只有CCE（）=1時(shí)，才能執(zhí)行初始化操作。如果產(chǎn)生支配總線錯(cuò)誤，CAN總線將不能檢測(cè)到總線空閑狀態(tài)，也就不能完成模式轉(zhuǎn)換。標(biāo)準(zhǔn)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(shí)能的位時(shí)序參數(shù)配置需要的標(biāo)準(zhǔn)模式（CCR=0 CCE=1）等待標(biāo)準(zhǔn)模式配置（CCR=0 CCE=1）標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)換是通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)同步實(shí)現(xiàn)的。 圖 48 CAN信息幀格式在使用CAN模塊之前，必須進(jìn)行初始化，并且只有CAN模塊工作在初始化模塊下才能進(jìn)行初始化。數(shù)據(jù)幀由幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、校驗(yàn)域、應(yīng)答域和幀結(jié)束組成。電機(jī)保護(hù)中斷流程圖如圖47所示。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流時(shí)將發(fā)生不可屏蔽中斷，關(guān)閉PWM輸出，確保整個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng)的安全。電機(jī)保護(hù)中斷服務(wù)模塊完成的主要功能是對(duì)系統(tǒng)可能發(fā)生的故障進(jìn)行檢測(cè)，并采取相應(yīng)的措施避免電機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的損壞。本控制器設(shè)置當(dāng)電機(jī)的實(shí)際速度與給定速度的絕對(duì)差值時(shí)，采用數(shù)字PID控制；當(dāng)電機(jī)實(shí)際速度與給定速度的偏差時(shí)，采用PD控制，以消除積分校正環(huán)節(jié)對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。寫(xiě)成公式，可在PID算法的積分項(xiàng)上乘以一個(gè)系數(shù)，按下列取值： （43）當(dāng)時(shí)，即=0，進(jìn)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(shí)間常數(shù)，T為采樣周期。中斷返回定時(shí)器1下溢中斷Count=2?Count=40?Count++開(kāi)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(shí)器1周期匹配中斷流程圖電流環(huán)子程序讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)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(jī)速度控制采用積分分離PID控制，速度調(diào)節(jié)流程如圖46所示。A/D轉(zhuǎn)換設(shè)置成通過(guò)事件管理器1計(jì)數(shù)器周期匹配中斷來(lái)啟動(dòng)，也就是當(dāng)定時(shí)器1計(jì)數(shù)器的值與周期寄存器的值相同時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)匹配中斷。此結(jié)果即為電機(jī)相電流測(cè)量值；根據(jù)速度調(diào)節(jié)得到的電流參考值和測(cè)量值進(jìn)行比較，對(duì)得到的偏差值在經(jīng)過(guò)電流PI控制；最后得到的控制量改變PWM的占空比。定時(shí)器1周期匹配中斷流程圖如圖44所示。在定時(shí)器1周期匹配的中斷服務(wù)程序中設(shè)置了一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器，用全局變量Count來(lái)實(shí)現(xiàn)，中斷服務(wù)程序運(yùn)行一次，Count就加一次，當(dāng)Count=2時(shí)，調(diào)用電流環(huán)的控制子程序，當(dāng)Count=40時(shí)，調(diào)用速度環(huán)的控制子程序，速度環(huán)的控制子程序調(diào)用之后將Count清零。 //連續(xù)增計(jì)數(shù)，定時(shí)器使能，比較使能} 定時(shí)器1中斷模塊在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，有定時(shí)器1周期匹配中斷服務(wù)程序?qū)﹄姍C(jī)轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行采樣和控制。 //定時(shí)器2周期=0x0000。 //設(shè)置PWM1PWM6比較寄存器=0x0842。=PWM_DUTY。 //禁止死區(qū)=0xA600。 //定時(shí)器1計(jì)數(shù)器為0=0x0000。EVA的初始化程序?yàn)椋簐oid init_EVA(){=PWM_per。寄存器設(shè)置步驟如下：（1）設(shè)置和裝載ACTRA；（2）如果用到死區(qū)單元，設(shè)置和裝載DBYTCONA；（3）初始化CMPRx； （4）設(shè)置和裝載COMCONA；（5）設(shè)置和裝載T1CON，啟動(dòng)比較操作；（6）用新值更新CMPRx寄存器。設(shè)置定時(shí)器1的計(jì)數(shù)器從0開(kāi)始計(jì)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(hào)的占空比，集通過(guò)調(diào)整比較寄存器的值即可得到相應(yīng)的占空比。圖 43 對(duì)稱PWM的產(chǎn)生（x=1,3或5）在產(chǎn)生對(duì)稱PWM波形時(shí)，一個(gè)周期有兩個(gè)比較匹配，一次發(fā)生在前半周期的增計(jì)數(shù)期間，另一次發(fā)生在后半周期的減計(jì)數(shù)期間。對(duì)稱PWM信號(hào)的調(diào)制脈沖關(guān)于每個(gè)PWM周期中心對(duì)稱，和非對(duì)稱PWM信號(hào)相比，對(duì)稱PWM信號(hào)優(yōu)點(diǎn)在于它有兩個(gè)相同時(shí)間長(zhǎng)度的無(wú)效區(qū)：分別位于每個(gè)PWM周期的開(kāi)始和結(jié)束。DSP中的事件管理器模塊可以產(chǎn)生非對(duì)稱和對(duì)稱PWM波形。通過(guò)這種方式，就能產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)間和比較寄存器的值成比例的輸出脈沖。本次控制器設(shè)計(jì)PWM信號(hào)由后者產(chǎn)生。 PWM產(chǎn)生模塊在TMS320F2812中有兩種方法產(chǎn)生PWM信號(hào)：一種是利用事件管理器中的通用定時(shí)器產(chǎn)生，每個(gè)通用定時(shí)器可以獨(dú)立提供一個(gè)PWM輸出通道，所以每個(gè)事件管理器可以提供2個(gè)PWM輸出；另外一種是用事件管理器中斷全比較單元產(chǎn)生。A/D中斷后，采集電機(jī)電流值，并進(jìn)行過(guò)流比較。}…}}由于PWM調(diào)制采用“單斬”調(diào)制方式，在PWM無(wú)效期間直流側(cè)電流為零，需要在PWM有效期間進(jìn)行電流信號(hào)進(jìn)行采樣。}case 0x08: //PWM1PWM6 ANC{{=0x3FD。 //獲得換相控制字switch(Cmtpointer){case 0x28: //PWM1PWM4 ABN{{=0xF3D。hall=((++)+hall)1。表42 換相控制字狀態(tài)霍爾元件電平狀態(tài)觸發(fā)中斷的沿狀態(tài)各開(kāi)關(guān)管工作狀態(tài)CAP1CAP2CAP3Q1Q2Q3Q4Q5Q6S1101H1上升沿PWMOFFOFFONOFFOFFS2100H3下降沿PWMOFFOFFOFFOFFONS3110H2上升沿OFFOFFPWMOFFOFFONS4010H1下降沿OFFONPWMOFFOFFOFFS5011H3上升沿OFFONOFFOFFPWMOFFS6001H2下降沿OFFOFFOFFONPWMOFF速度計(jì)算捕獲中斷入口保存寄存器內(nèi)容檢測(cè)捕獲口電平獲得換相控制字換 相恢復(fù)捕獲功能中斷返回圖 42 捕捉中斷模塊流程圖捕捉中斷子程序如下：void EVA_CAP_isr(void){ …h(huán)all=(++)1。比較方式控制寄存器ACTRA的第0位和第1位控制PWM1的輸出方式（00為輸出強(qiáng)制低；01為輸出有效電平為低電平；10為輸出有效電平為高電平；11為輸出強(qiáng)制高），第2位和第3位控制PWM2的輸出方式，以此類推第10位和第11位控制PWM6的輸出方式。同時(shí)，檢測(cè)三個(gè)捕獲口電平，判斷轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置，查表42獲得換相控制字，更新比較方式控制字ACTRA為對(duì)應(yīng)的狀態(tài)表中的值，系統(tǒng)輸出相應(yīng)的PWM信號(hào)，控制三相逆變橋中功率管的導(dǎo)通和截止，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的準(zhǔn)確換相。中斷返回時(shí)，由于EV模塊中斷標(biāo)志不能自動(dòng)清除，因此中斷返回時(shí)需要軟件清除捕獲中斷標(biāo)志，并清空捕獲堆棧。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后，霍爾輸出信號(hào)發(fā)生變化，DSP產(chǎn)生捕獲中斷。電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)時(shí)，三路霍爾信號(hào)不可能發(fā)生跳變，也就不可能產(chǎn)生捕獲中斷，因此首先需要讓電機(jī)運(yùn)行起來(lái)。 //將向量表設(shè)置為特定狀態(tài)} 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)電機(jī)運(yùn)行中，需要對(duì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)跳變進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)換相。 //AD初始化InitPieCtrl()。 //初始化EVAinit_EVA_CAP()。 //CAP3引腳為輸入EDIS。 //CAP1引腳為輸入=0。 //寫(xiě)EALLOW保護(hù)寄存器=0x003F。系統(tǒng)初始化主程序如下：void init_subpro(void){InitSysCtrl()。系統(tǒng)中PIE向量表存放每個(gè)中斷服務(wù)程序的地址，每個(gè)中斷都有自己的中斷向量，所以在程序初始化時(shí)，需要定位中斷向量，以便中斷響應(yīng)時(shí)能夠準(zhǔn)確的進(jìn)入中斷服務(wù)子程序。初始化系統(tǒng)控制寄存器主要包括：設(shè)置鎖相環(huán)控制寄存器PLLCR為0xA（由表41可得）,即將外部時(shí)鐘5倍頻；設(shè)置外設(shè)時(shí)鐘控制器PCLKCR，用于控制片上各種時(shí)鐘的工作狀態(tài)，使能或關(guān)閉相關(guān)外設(shè)的時(shí)鐘；設(shè)置看門(mén)狗工作方式。 主程序設(shè)計(jì)主程序主要完成變量聲明、系統(tǒng)的初始化、設(shè)置中斷向量表等。開(kāi)發(fā)本控制器應(yīng)用程序，主要需要4種類型的文件：C語(yǔ)言文件、匯編語(yǔ)言文件、頭文件和命令文件。 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，該軟件是一種針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)TMS320系列DSP調(diào)試接口的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，它集編輯、調(diào)試、仿真、監(jiān)控等功能于一體，便于實(shí)時(shí)、嵌入式信號(hào)處理程序的編制和調(diào)試，能夠加快開(kāi)發(fā)過(guò)程，提高工作效率，是較為理想的DSP開(kāi)發(fā)工具之一。中斷服務(wù)子程序模塊主要包括中斷捕獲模塊、PWM產(chǎn)生模塊、定時(shí)器1中斷模塊、電機(jī)保護(hù)中斷模塊及CAN總線接口通信等幾個(gè)部分。硬件電路是軟件程序工作的基礎(chǔ)，而軟件程序能使硬件電路的功能得到充分的發(fā)揮，使電機(jī)獲得了優(yōu)良的調(diào)速性能，并提供軟件保護(hù)。對(duì)硬件系統(tǒng)的各個(gè)部分都進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明和分析?？刂颇K主要包括DSP的電源、時(shí)鐘、存儲(chǔ)器擴(kuò)展及J