基于DSP2812的運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)

在此電路中，R5為取樣電阻，采用康銅絲繞制(阻值隨溫度的變化較小)，阻值為0.25歐。運(yùn)放采用OP07作為電壓跟隨器，UI=Up=Un，場(chǎng)效應(yīng)管Id=Is(柵極電流相對(duì)很小，可忽略不計(jì)) 所以Io=Is= Un/R2= UI/R2。正因?yàn)镮o=UI/R2，電路輸入電壓UI控制電流Io，即Io不隨RL的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)壓控恒流源。

下面分享光耦隔離和光電編碼器反饋信號(hào)隔離電路，其中使用74HC14進(jìn)行信號(hào)整形，為了輸出3.3V的QEP信號(hào)，所以74HC14需要3.3V供電，但是芯片的輸入信號(hào)峰峰值不能超過(guò)3.3V。注：記得光電編碼器隔離電路中的C1要去掉，波形才正常。

設(shè)計(jì)中只采用了過(guò)流保護(hù)，設(shè)計(jì)中的過(guò)流是指當(dāng)負(fù)載過(guò)大引起的過(guò)流和控制不當(dāng)使H橋上下橋臂同時(shí)導(dǎo)通導(dǎo)致電源短路產(chǎn)生的過(guò)流，這兩種情況都會(huì)使保護(hù)電路工作，繼電器斷開驅(qū)動(dòng)器母線的鏈接，DSP輸出的兩路PWM波變?yōu)楦咦钁B(tài)，這樣就會(huì)避免由于H橋上電流過(guò)大而燒壞MOS管的情況發(fā)生。

上面電路中，霍爾電流傳感器CHF-10P通過(guò)串入母線中進(jìn)行電流的采集，A2415S為24V轉(zhuǎn)±15V的隔離電源，主要作用是為CHF-10P提高工作電壓，采集電流對(duì)應(yīng)的電壓值在3引腳可以測(cè)得，并且由輸出電壓值的正負(fù)號(hào)判斷電流在5和6引腳之間的流入方向，這就會(huì)有一個(gè)電流與電壓之間的線性關(guān)系為10A～±4V。由于DSP中ADC模塊采集電壓范圍為0～3V,所以需要將霍爾電流傳感器輸出的正負(fù)電壓轉(zhuǎn)換為0～3V,這個(gè)過(guò)程是由電阻R1、R2、R3轉(zhuǎn)換得到，其中3.3V電壓經(jīng)過(guò)兩個(gè)肖特基二極管(正向?qū)▔航禐?.26V)后電壓值大概為3.0V，如果輸入電阻R1的電壓為-3V，先把R3電阻看做不存在，R1和R2串聯(lián)，一端輸入-3V，另一端電壓為3V，則DSP_ADC端電壓為0V，把R3電阻看回來(lái)，0V通過(guò)R3電阻接地，當(dāng)然還是0V。所以輸入與輸出的關(guān)系為-3V～3V對(duì)應(yīng)0V～3V，為了避免輸入到DSP_ADC的電壓高于3V，加入了D1和D2作為嵌位電路，防止電壓高于3V損壞DSP的ADC輸入口。還有過(guò)流保護(hù)就是用繼電器切斷電機(jī)驅(qū)動(dòng)母線電壓，DSP的PWM口呈高阻態(tài)。

再簡(jiǎn)介一下DSP2812的事件管理器單元，每個(gè)事件管理器模塊都有一個(gè)正交編碼脈沖(QEP)電路。使能QEP電路可以對(duì)引腳CAP1/QEP1和CAP2/QEP2(EVA)或CAP4/QEP3和CAP5/QEP4(EVB)輸入的正交編碼脈沖進(jìn)行編碼和計(jì)數(shù)。它與光編碼器相連可以獲得機(jī)器旋轉(zhuǎn)的位置和速讀信息。如果使能QEP電路，那么CAP1/QEP1和CAP4/QEP3的捕捉功能就被禁止。定時(shí)器2(在EVB中為定時(shí)器4)為EVA的QEP電路提供時(shí)基。定時(shí)器必須處于單增/減計(jì)數(shù)模式并使用QEP電路作為時(shí)鐘源。正交編碼脈沖電路是具有90°固定相移和可變頻率的兩個(gè)脈沖序列。當(dāng)光編碼器和電機(jī)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生QEP時(shí)，通過(guò)監(jiān)測(cè)兩個(gè)脈沖的先后順序可以確定電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，通過(guò)檢測(cè)脈沖個(gè)數(shù)和頻率可以確定旋轉(zhuǎn)角度。QEP電路中的方向監(jiān)測(cè)邏輯可以確定哪個(gè)序列領(lǐng)先，它為定時(shí)器2(或4)產(chǎn)生方向信號(hào)。如果CAP1/QEP1(EVB中為CAP4/QEP3)引腳的輸入脈沖是領(lǐng)先序列，定時(shí)器進(jìn)行增計(jì)數(shù);如果CAP2/QEP2(EVB中為CAP5/QEP4)引腳的輸入脈沖是領(lǐng)先序列，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)數(shù)。兩個(gè)正交編碼輸入的兩個(gè)邊沿都被計(jì)數(shù)，所以QEP邏輯為定時(shí)器2(或4)產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率是每個(gè)輸入脈沖序列的4倍。該正交時(shí)鐘與定時(shí)器2(或4)的時(shí)鐘輸入相連。EVA中的每個(gè)捕捉單元可以選擇定時(shí)器1或2作為自己的時(shí)基;然而CAP1和CAP2不能選擇不同的定時(shí)器作為它們自己的時(shí)基。EVB中的每個(gè)捕捉單元可以選擇定時(shí)器3或4作為自己的時(shí)基;然而CAP4和CAP5不能選擇不同的定時(shí)器作為它們自己的時(shí)基。當(dāng)捕捉引腳(CAPx)探測(cè)到指定的變化時(shí)，捕捉單元捕捉定時(shí)器的值并將它存在相應(yīng)的2級(jí)深度FIFO堆棧中。使能捕捉單元后，如果相關(guān)引腳產(chǎn)生指定的變化，捕捉單元將選用的定時(shí)器的當(dāng)前值存入相應(yīng)的FIFO堆棧中。如果已經(jīng)有一個(gè)或多個(gè)合法值存儲(chǔ)在FIFO堆棧中(CAPxFIFO位不為0)，相應(yīng)的中斷標(biāo)志位將置1。如果標(biāo)志位沒(méi)有屏蔽，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)外圍中斷請(qǐng)求。每當(dāng)一個(gè)新的計(jì)數(shù)器值被捕捉到FIFO堆棧中，CAPFIFOx會(huì)調(diào)整相應(yīng)的狀態(tài)位來(lái)反映FIFO堆棧的最新狀態(tài)。從引腳變化發(fā)生到定時(shí)器的計(jì)數(shù)期值鎖存需要2個(gè)時(shí)鐘周期。 介紹了這么多，下面簡(jiǎn)單介紹一下軟件部分。

在運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)上集成了各個(gè)測(cè)試模塊，如波特率設(shè)計(jì)，自動(dòng)波特率檢測(cè)，驅(qū)動(dòng)板最佳頻率測(cè)試，速度在線調(diào)試，PID系數(shù)在線調(diào)試，速度采集，電流采集，負(fù)載扭矩輸出，速度曲線顯示等，這些調(diào)試和控制功能足夠發(fā)揮本次設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)的強(qiáng)大功能。其中自動(dòng)波特率檢測(cè)可以用DSP2812去實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)波特率檢測(cè)過(guò)程中記得遇到了一個(gè)DSP的bug，就是自動(dòng)檢測(cè)的第一次肯定是不成功的，把DSP復(fù)位一次再次檢測(cè)，就會(huì)正確檢測(cè)到上位機(jī)選用的波特率;除此之外還有一個(gè)功能值得提一下，就是根據(jù)我個(gè)人的理解在此軟件上設(shè)計(jì)了檢測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的最佳驅(qū)動(dòng)頻率的功能，在下圖中看不到，在菜單欄中可以選擇此功能，選擇此功能之后，上位機(jī)軟件會(huì)在占空比為50%的情況下去改變PWM波的頻率，并采集顯示速度，通過(guò)頻率改變和速度曲線對(duì)比計(jì)算出驅(qū)動(dòng)器適合的最佳頻率，這個(gè)方法不知道是否合理，但是我在運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)上測(cè)試的適合沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)問(wèn)題。下面是基于運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)的主控制界面。

運(yùn)動(dòng)控制中采用了速度閉環(huán)控制，為了實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制，我們要有精確的速度采集，為了達(dá)到精確的速度采集，設(shè)計(jì)中經(jīng)過(guò)4種采集速度算法的比較，最終采用了變M/T法進(jìn)行了電機(jī)速度的采集;為了達(dá)到閉環(huán)控制，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了速度閉環(huán)PID控制算法，這樣可以確保系統(tǒng)在帶負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)下正常工作。下面將會(huì)介紹系統(tǒng)中算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。變M/T法是指測(cè)速過(guò)程中，不僅測(cè)取的測(cè)速脈沖與高頻時(shí)鐘脈沖隨電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同而變化，而且測(cè)量時(shí)間T也是變化的。所以變M/T法相比較其它三種測(cè)速方法在高速、低速時(shí)都具有較高的測(cè)量精度，而且響應(yīng)速度快，在閉環(huán)控制系統(tǒng)中具有較高的使用價(jià)值。

時(shí)間過(guò)去有一年多了，好多資料沒(méi)了，也記不清了，實(shí)在寫不動(dòng)了，有什么疑問(wèn)可以跟帖提問(wèn)，謝謝!(原創(chuàng))

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