基于DSP的雙足機器人運動控制系統(tǒng)設(shè)計
2 電機調(diào)速原理
系統(tǒng)用PWM波形給出無刷直流電機的轉(zhuǎn)速信息,即利用電路一周期內(nèi)的占空比變化,達(dá)到平均電壓值的改變,以對應(yīng)電機不同的速度值。
在TMS320F2812中可以通過配置定時周期寄存器的周期值和比較單元的比較值來產(chǎn)生PWM,周期值用于產(chǎn)生PWM波的頻率,比較值用于產(chǎn)生PWM波的脈寬,改變比較值可以改變PWM波的占空比,改變周期值可以改變PWM波的頻率。以事件管理器A為例,單路PWM信號的產(chǎn)生過程如下:
定時器1作為產(chǎn)生PWM信號的時基,通過控制寄存器T1CON和周期寄存器TlPR設(shè)置時鐘周期,通過寄存器COMCONA設(shè)置比較單元的各個參數(shù),產(chǎn)生出三角波信號,在寄存器CMPRl和ACTRA中分別設(shè)置比較值和比較輸出方式,設(shè)定的比較值實時與三角波信號比較,得到相應(yīng)占空比的PWM信號。將定時器計數(shù)器T1CNT設(shè)置為連續(xù)增計數(shù)方式時,產(chǎn)生非對稱PWM波形,設(shè)定為連續(xù)增減計數(shù)方式時,可以得到對稱的PWM波形。本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/162977.htm
圖2所示是對稱PWM波形產(chǎn)生的原理:若PWM輸出為高電平有效,則當(dāng)三角波的當(dāng)前值小于比較值時輸出為低電平,當(dāng)三角波的當(dāng)前值大于比較值時輸出為高電平;低電平有效時,則反之。
如果在寄存器DBTCONx中設(shè)置了死區(qū)時間值,則相應(yīng)事件管理器所有PWM輸出通道使用同一個死區(qū)值。由于加入了死區(qū),PWM波高電平脈沖的寬度減少了一個死區(qū)時間,但是周期沒有變化,所以高有效和低有效的PWM波形的占空比可分別用式(1)和(2)來計算。
通過調(diào)節(jié)占空比,可以調(diào)節(jié)輸出電壓,用這種無級連續(xù)調(diào)節(jié)的輸出電壓可以給出速度信息,因此可以通過調(diào)整PWM信號有效電平的寬度達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的目的。
3 硬件設(shè)計
整個硬件電路包括DSP芯片TMS320F2812、電源、JTAG仿真接口、通訊、RAM、PWM、A/D、I/O擴展、備用端口、電機驅(qū)動和光電信號處理等模塊,其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
雙足機器人總電源采用24 V直流電源,為了滿足DSP及外圍電路的需要,需將電源轉(zhuǎn)換成5 V,3.3 V和1.8 V。首先使用DC-DC變換器將24 V轉(zhuǎn)換成5 V,再選用TPS767D318電源轉(zhuǎn)換芯片將5 V轉(zhuǎn)換成1.8 V和3.3 V。該芯片專門針對DSP設(shè)備提供穩(wěn)壓電源,為雙電源輸出,每路電源的最大輸出電流為1 A,此外該芯片的電壓漂移非常低,在最大輸出電流為1 A的情況下為350 mV,每路輸出還有過熱保護(hù)、復(fù)位和監(jiān)控輸出電壓等功能,能滿足系統(tǒng)對電源性能的要求。
系統(tǒng)特別留有JTAG接口電路,使控制器可以通過TDS510仿真器連接到計算機,其仿真信號采用JTAG標(biāo)準(zhǔn)IEEEll49.1,使用雙列14腳的插座,并將DSP上的EMU0和EMU1上拉連接至Vcc。
TMS320F2812自身集成CAN總線的控制模塊,所以在外圍電路中加入CAN總線收發(fā)器SN65HVD251D即可實現(xiàn)DSP與CAN總線的通信功能。為了確保在CAN總線傳輸信號的完整性,設(shè)計時在CAN總線的兩根傳輸線之間加上150 Ω的電阻進(jìn)行阻抗匹配,可以提高CAN總線傳輸信號的精度。
利用XINTF的區(qū)域O和區(qū)域1擴展一塊存儲容量為(64K×16)b的RAM存儲器IS61LV6416-10T。其數(shù)據(jù)存取時間為10 ns,能滿足高速運行的需要,工作電壓為3.3 V,與DSP工作電壓一致,無需電平轉(zhuǎn)換電路。
此外,DSP控制系統(tǒng)中的I/0端口電壓絕大部分為3.3 V,而外部信號一般為5 V,因此需要將外部5 V信號轉(zhuǎn)換為符合DSP芯片要求的3.3 V信號,系統(tǒng)使用總線驅(qū)動器74LVX4245進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
電機驅(qū)動電路采用全橋驅(qū)動三相無刷直流電機的控制方式,由于要獨立控制5個電機,系統(tǒng)需按照前面的原理由DSP事件管理器生成PWM,并用其波形占空比給出轉(zhuǎn)速信息,該信息結(jié)合轉(zhuǎn)向、制動等信號通過控制電路轉(zhuǎn)換后進(jìn)行電機的調(diào)速,這里使用三相無刷直流電機控制器MC33035。驅(qū)動電機時,MC33035的輸出信號施加到三相橋功率電路MPM3003上,決定功率開關(guān)器件開關(guān)頻度及換流器換相時機,使其產(chǎn)生出供電機正常運行所需的三相方波,根據(jù)速度電壓MC33035可改變底部半橋輸出脈沖寬度,相當(dāng)于改變供給繞組的平均電壓,從而控制轉(zhuǎn)速。
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