基于CAN總線的四路舵機(jī)控制器的研究
由于舵機(jī)系統(tǒng)對定位精度、頻率響應(yīng)特性、階躍響應(yīng)特性和震蕩次數(shù)等因素有著非常高的要求,因此其測試數(shù)據(jù)、分析曲線和指示結(jié)果是分析、判定系統(tǒng)性能和工作狀態(tài)的重要依據(jù)和手段。本文所涉及的控制器具有CAN2.0總線接口,它負(fù)責(zé)與PC機(jī)通信,這使得控制器在運(yùn)行中產(chǎn)生的各種參數(shù)和變量能夠?qū)崟r地傳送并在CRT上顯示,極大地方便了參數(shù)變化趨勢觀察和控制過程的判斷分析,為加快參數(shù)的整定奠定了基礎(chǔ)。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/163552.htm1.系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理
1.1 系統(tǒng)的構(gòu)成
如圖1所示,該系統(tǒng)由主控板卡、電機(jī)驅(qū)動板卡、微型計(jì)算機(jī)、CAN總線通信卡,以及四路舵機(jī)組成。其中CAN總線通信卡外購自研華公司,插入微型計(jì)算機(jī)的ISA插槽中,安裝驅(qū)動程序后便可以在該公司提供的DLL動態(tài)鏈接庫的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā),編寫上位機(jī)應(yīng)用程序。主控板卡中的運(yùn)算處理器采用DSP處理器TMS320F2812。
1.2 系統(tǒng)的工作原理
本系統(tǒng)由上位微機(jī)通過外購的CAN總線通信卡發(fā)送控制指令,經(jīng)由CAN2.0A總線傳送至主控板卡。主控板卡將采集到的舵機(jī)實(shí)時位置數(shù)據(jù),與上位機(jī)傳來的位置指令數(shù)據(jù),代入到組合式控制算法中進(jìn)行運(yùn)算。處理后得到的PWM調(diào)制波形作為電機(jī)驅(qū)動板卡的輸入信號,通過電機(jī)驅(qū)動板卡上的H橋電路對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動,進(jìn)而完成對電機(jī)的控制。另外,主控板卡還將舵機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)由CAN2.0A總線上行傳送至上位微機(jī),由PC機(jī)測控應(yīng)用程序?qū)ζ溥M(jìn)行后期分析處理。
2.系統(tǒng)的硬件電路描述
2.1 主控板卡部分
2.1.1 主控板卡的構(gòu)成
在整個硬件系統(tǒng)中,主控板是核心的部分。該板卡的原理框圖如圖2所示。此板卡的主控芯片DSPTMS320F2812,其內(nèi)部嵌有CAN總線控制器,用戶可通過CAN總線與計(jì)算機(jī)進(jìn)行高速實(shí)時通信。我們采用飛利浦公司的82C250作為CAN總線控制器相配合使用的CAN總線收發(fā)器,完成總線的傳輸電平轉(zhuǎn)換。采用ADI公司電壓基準(zhǔn)源REF192給DSP內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供標(biāo)準(zhǔn)比較電壓。在舵機(jī)電位器產(chǎn)生的表征角度值的反饋電壓信號送至DSP處理器的ADC模塊以前,為了使主控板卡的輸入阻抗趨近于無窮大,加入了一組以BB公司的精密儀表運(yùn)放INA114為核心的射極跟隨器。
2.1.2 主控板卡的功能
主控板卡不但承擔(dān)著執(zhí)行來自上位機(jī)的控制指令并將指令執(zhí)行的實(shí)時狀態(tài)上行送至上位機(jī)的任務(wù),而且還要將經(jīng)過DSP內(nèi)部組合式控制算法的運(yùn)算產(chǎn)生的相應(yīng)占空比的PWM信號送至電機(jī)驅(qū)動板卡,實(shí)現(xiàn)對4路電機(jī)的精準(zhǔn)控制。
板卡中各部分的具體職能如下:
a.三態(tài)緩沖器件LVT245一方面加大PWM信號的驅(qū)動電流,提高其驅(qū)動能力;另一方面可以保護(hù)DSP芯片免受功率驅(qū)動板卡的沖擊損害。
b.DSP處理器TMS320F2812主要有4項(xiàng)功能,分別是:
(1)eCAN控制器按約定的通信脅議利用CAN2.0A總線與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。
(2)模數(shù)轉(zhuǎn)換控制器以12位精度、1兆赫茲的采樣頻率將舵機(jī)電位器送來的反饋模擬信號進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換,并將其送入到CPU中進(jìn)行相應(yīng)的算數(shù)濾波處理。
(3)中央處理單元(CPU)將傳來的目標(biāo)值同濾波過的實(shí)時角度反饋數(shù)據(jù)一起代入到組合式算法中運(yùn)算,生成14位占空比數(shù)值。
(4)PWM事件管理器接收由CPU運(yùn)算產(chǎn)生的占空比數(shù)值,以此為依據(jù)生成16K赫茲頻率、14位細(xì)分精度的PWM信號。
c.CAN總線收發(fā)器82C250芯片將DSP內(nèi)部eCAX控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為總線上的差動電平,通過CAN通信卡與上位機(jī)進(jìn)行通信。該芯片具有較好的電磁兼容性,可以適用于電磁環(huán)境復(fù)雜的彈內(nèi)腔體。
d.舵機(jī)反饋的舵偏角信號為0~6v,而F2812的前向模擬輸入通道的轉(zhuǎn)換電壓范圍為3V,因此本文以4片INA114為核心的前端調(diào)理模塊將反饋回來的4路模擬信號進(jìn)行分壓,將其轉(zhuǎn)換到適合DSP內(nèi)部ADC模塊工作的電壓范圍;另外,該調(diào)理模塊形同一組射極跟隨器,令輸出阻抗接近于無窮小,輸入阻抗接近于無窮大,在一定程度上減小了反饋電壓的失真。
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