TMS320F2812在車輛四輪轉(zhuǎn)向控制中的應(yīng)用

　　圖2　實驗平臺

　　圖3　結(jié)構(gòu)框圖

　　4　 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計與仿真

　　 根據(jù)上文設(shè)計的控制策略，ECU單元要采集前輪轉(zhuǎn)角信號、后輪轉(zhuǎn)角信號、輪速信號并經(jīng)過CPU運算輸出電機的驅(qū)動電壓，實現(xiàn)后輪自動轉(zhuǎn)向。本文用C語言編制程序來實現(xiàn)設(shè)計的控制算法，并在仿真器連接的情況下，在CCS(Code Compose Studio)環(huán)境下完成硬件在環(huán)仿真調(diào)試。CCS2000是TI公司針對TMS320C2000系列DSP提供了一套基于Windows的DSP集成開發(fā)環(huán)境，也是目前最優(yōu)秀的DSP開發(fā)軟件。在CCS環(huán)境下，可進行程序開發(fā)、調(diào)試、編譯、鏈接，支持匯編及C/C++進行軟件開發(fā)，強大的調(diào)試工具如斷點、探針、剖析及圖形顯示等，并最終可以進行輸出目標文件的燒錄。

　　4.1　 前輪轉(zhuǎn)角信號采集

　　 前輪轉(zhuǎn)角由絕對式角位移傳感器得到，輸出電壓與前輪轉(zhuǎn)角成線性正比例關(guān)系，范圍0~12V。本文采用CS4U9806板的ADCHA0引腳采集，采樣外圍電路DSP芯片內(nèi)部集成。此板單通道采樣時間200nS，輸入信號范圍可通過跳線選擇-5～+5V,0～10V,0～20V，默認－5～＋5V。由于前輪轉(zhuǎn)角范圍有限，故跳線選擇0～10V，采樣頻率設(shè)為96HZ。部分程序設(shè)計過程如下:

AdcRegs.ADCMAXCONV.all=0x0002;
// 設(shè)置最大轉(zhuǎn)換通道寄存器為2; AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV00 = 0x0;　　
// 設(shè)置ADCHAO通道連續(xù)采樣3次;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV01 = 0x0;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV02 = 0x0;
EvaRegs.T2CMPR=0x0080;　　　　
// 設(shè)置定時器2的比較寄存器;
EvaRegs.T2PR=0xFFFF;
// 設(shè)置定時器2的周期寄存器;
EvaRegs.GPTCONA.bit.T2TOADC=3;　　
// 使能比較中斷來啟動采樣模塊;　　　
EvaRegs.T2CON.all=0x1442;　
// 使能比較單元，采樣頻率為96HZ;
interrupt void　 adc_isr(void)　　　　　
// 采樣中斷服務(wù)子程序;
{ voltf0 = AdcRegs.ADCRESULT0/16;　
// 對三次連續(xù)采樣求均值，提高精度;
　 voltf1=AdcRegs.ADCRESULT1/16;
　 voltf2=AdcRegs.ADCRESULT2/16;
　 averagef=(voltf0+voltf1+voltf2)/3.0;
　 deltaf=(averagef-2970.0)*3.2133/(4096-2970.0); } //計算前輪轉(zhuǎn)角，取弧度;

　　 后輪轉(zhuǎn)角信號由高精度的增量式光電編碼器獲得。它將蝸桿轉(zhuǎn)動的角度根據(jù)轉(zhuǎn)動的方向變?yōu)橄鄳?yīng)的增、減計數(shù)脈沖，每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生2048個脈沖，輸出量為一時鐘信號和一方向信號。本文采用DICH0(CAP2)引腳捕捉時鐘信號，輸入引腳DICH19(GPIOF12)取得方向信號。帶光耦的開關(guān)量輸入電路設(shè)計如圖4，捕獲單元電路DSP芯片內(nèi)部集成。

　　圖4　輸入電路框圖

　　部分程序設(shè)計過程如下:

EvaRegs.CAPFIFO.all=0x0400;　　　
// 設(shè)置捕獲FIFO狀態(tài)寄存器的初值;
EvaRegs.CAPCON.bit.CAPQEPN=0x1;　　　　　
// 使能捕獲單元2;
EvaRegs.CAPCON.bit.CAP12TSEL=1;　　　　　
// 選擇定時器1為基準;
EvaRegs.CAPCON.bit.CAP2EDGE=0x1;　　　　
// 檢測上升沿有效;
EvaRegs.T1CMPR=0x0080;　　
// 為捕獲單元2設(shè)置定時器1;
EvaRegs.T1PR = 0xFFFF;　　　　
EvaRegs.T1CON.all = 0x1042;　
interrupt void　 cap2_int(void)　　
// 捕獲中斷服務(wù)子程序;
{ if(GpioDataRegs.GPFDAT.bit.GPIOF12==1)PositivePulsecount++;
　 else　 NegativePulsecount++;
　 deltar=(PositivePulsecount-NegativePulsecount)*pi/1024.0;
}
// 根據(jù)I/O引腳來計算后輪轉(zhuǎn)角，取弧度;

　　4.3　 算法設(shè)計與D/A輸出

　　 算法的基本思路是:4WS啟動時，輸入一前輪轉(zhuǎn)角，通過橫擺率反饋，將其與速度相關(guān)的理想橫擺率穩(wěn)態(tài)響應(yīng)增益G0進行比較，然后經(jīng)控制器G1控制后輪轉(zhuǎn)角，實現(xiàn)四輪轉(zhuǎn)向，輸出質(zhì)心側(cè)偏角、橫擺率、側(cè)向加速度用于監(jiān)測，控制框圖如圖5所示。電機的驅(qū)動電壓由DSP的比較寄存器產(chǎn)生PWM信號，在通過D/A 轉(zhuǎn)換電路輸出。本文采用定時器4產(chǎn)生PWM,由DA4引腳輸出，一級放大的D/A轉(zhuǎn)換電路如圖6所示。

　　圖5　控制框圖

　　圖6　D/A轉(zhuǎn)換電路

　　部分程序設(shè)計過程如下:

EvbRegs.T4PR=0x3FF;　　　
// 設(shè)置定時器2的周期寄存器;
EvbRegs.T4CMPR=0x0080;
// 設(shè)置定時器4的比較寄存器初值;
EvbRegs.T4CON.all=0x1042;　　　
//　 使能比較單元;　　
EvbRegs.GPTCONB.bit.TCOMPOE=1;　　　　
//　 驅(qū)動定時器4的PWM輸出;
EvbRegs.GPTCONB.bit.T4PIN=1;
//　 定時器4的比較輸出低電平有效;
y0[0]=c[0][0]*x0[0]+c[0][1]*x0[1]+d[0][0]*u[0]+d[0][1]*u[1]; //　 輸出量質(zhì)心側(cè)偏角;
y0[1]=c[1][0]*x0[0]+c[1][1]*x0[1]+d[1][0]*u[0]+d[1][1]*u[1]; //　 輸出量橫擺角速度;
y0[2]=c[2][0]*x0[0]+c[2][1]*x0[1]+d[2][0]*u[0]+d[2][1]*u[1]; //　 輸出量側(cè)向加速度;
Dutycycle=volt_out/10.0*1024;　
//　 計算占空比;
EvbRegs.T4CMPR=Dutycycle;　　　　
//　 重載定時器4的周期寄存器;

　　5　 結(jié)束語

　　 本文應(yīng)用上面設(shè)計的控制算法對4WS車輛進行了基于TMS320F2812型DSP硬件在環(huán)仿真，車輛參數(shù)選為:m=1740kg;I=3214kg.m2;a=1.058m;b=1.756m;K1=29000N/rad;K2=60000N/rad;同時為簡便起見，截取速度u= 30m/s，結(jié)果如圖7所示，結(jié)果表明橫擺率跟蹤控制的4WS車輛在高速范圍的轉(zhuǎn)向操控時其質(zhì)心橫擺率、側(cè)偏角和側(cè)向加速度響應(yīng)相比兩輪轉(zhuǎn)向能夠保持較好動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，同時采用CCS2000進行調(diào)試開發(fā)，周期短、成本低。因此，基于DSP的硬件控制系統(tǒng)在工業(yè)控制和汽車控制領(lǐng)域具有廣闊前景。

　　圖7　仿真結(jié)果