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基于DSP的电动车控制系统设计

发布时间:2020-07-01 01:50:21 阅读: 来源:带式压滤机厂家

1 引 言2001年,美国发明家Kamen发明了一种新型的方便快捷的两轮交通工具“Segway”,行走平衡控制技术成为全球机器人控制技术的研究热点。以平行双轮电动车作为移动平台为机器人的研究提供了技术支持,同时由于他的行为与火箭飞行和两足机器人有很大的相似性,因而对其运动平衡控制研究具有重大的理论和实际意义。文献[2]介绍了平行双轮电动车的控制器电路,以C8051F020单片机为控制核心通过调整车体平台的运行位置,从而使车体平台始终保持平衡状态。然而其并没有考虑载人、载物的因素以及转向和特殊路面、打滑等方面。再者,作为一种交通工具,由于没有考虑初始自平衡的设计,将会给以后的产业化进程提出新的挑战。因此需要寻找控制方法、原理均不同的其他控制理论来设计,如模糊控制、智能控制等。一般的单片或多片微处理器不能满足复杂、先进的控制算法时,DSP成为这种应用场合的首选器件。TI公司推出的面向运动控制、电动机控制的TMS320x24xx系例DSP 控制器,把一个16位的定点DSP核和用于控制的外设、大容量的片上存储器集成在单一芯片上,能够实现软件包括电动机状态值的采样与计算,控制算法的实施以及PWM信号的输出,此外还包括故障检测与保护、数据交换与通信等。与单片机相比,在电机控制系统设计中,采用TMS320LF2407A具有更有效的控制能力,从而减小整个系统的成本。2 平行双轮电动车的组成平行双轮电动车像倒立摆一样本身不能自然保持稳定,必须施加适当的手段才能使之稳定。他主要由车体平台,两只带光电编码器的小型无刷直流电机,左、右车轮和只有在静止状态才起作用的两只保护导向轮组成。两只无刷直流电机安装在车体平台的下面,通过齿轮减速机构分别独立驱动左、右车轮运动,具有尺寸小、操作灵活、节省能源等优点。

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平行双轮电动车的行走机构如图1所示,是一种两轮同轴左右平行布置、独立驱动的结构,其行走机构控制的关键是两轮行走机构在行走过程中的平衡控制。平行双轮电动车行走机构要求具有如下优点:(1)可以实现零半径转弯,具有极强的灵活性。由于只有两个轮子,因而结构尺寸可以做得较小,转弯时占用的空间也相对较小。这一特点使他适用在狭窄和移动中需经常转弯的空间(如仓库等)。(2)三轮或四轮车辆在爬坡时重心会发生倾斜,因而对坡度有限制。平行双轮电动车在爬坡时上体姿态和走平路时一样,重心不发生倾斜,所以平行双轮电动车可适应更大的爬坡的坡度。3 TMS320LF2407ATI 公司的DSP产品TMS320LF2407A对电机的数字化控制非常有用。他将几种先进外设集成在芯片内,以形成真正的单芯片控制器,从而将DSP的高速运算能力与面向电机的高效控制能力集于一体,是目前最具竞争力的数字电机控制器。TMS320LF2407A主要特点:(1) 采用高性能静态CMOS技术,使得供电电压降为3.3 V,减小了控制器的功耗;30 MIPS的执行速度使得指令周期缩短到33 ns(30 MHz),从而提高了控制器的实时控制能力。(2)片内有高达32 kB的FLASH程序存储器,高达1.5 kB的数据/程序RAM,544 B双口RAM(DARAM)和2 kB的单口RAM(SARAM)。(3) 两个事件管理器模块EVA和EVB,分别提供两个16位通用定时器;8个16位的脉宽调制(PWM)通道;3个捕获单元;10位的16通道A/D转换器。他们能够实现:三相反相器控制;PWM的对称和非对称波形的输出;当外部引脚PDPINTx出现低电平时快速关闭PWM通道;可编程的PWM死区控制以防止上下桥臂同时输出触发脉冲;片内光电编码器接口电路用于对光电编码器信号进行正反向计数。时间管理器模块适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电机、步进电机、多级电机和逆变器。4 无刷直流电动机的DSP控制策略

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