TMS320F2812在車輛四輪轉向控制中的應用
1 引言
2 TMS320F2812的結構特點[1][4]
TMS320F2812是TI公司最新推出的目前市場上最先進、功能最強大的32位定點DSP芯片。它既具有數字信號處理能力,又具有強大的事件管理能力和嵌入式控制功能,特別適用于工業(yè)自動化、電機、馬達伺服控制系統(tǒng)。TMS320F2812芯片結構采用改進的程序與數據存儲分開的哈佛結構,8級流水線作業(yè),128位的密匙保護,幾乎所有指令都在6.67ns(150MHZ)內完成,高達1MB的外部存儲器接口,最多有56個獨立的可編程、多用途的輸入 /輸出(GPIO)引腳,是實現運動控制系統(tǒng)的最佳選擇。功能框圖如圖1所示,其主要性能如下:
圖1 功能框圖
(1) 高性能的32位中央處理器
l 主頻150MHZ(時鐘周期6.67ns),低功耗(核心低壓1.8V,I/O口3.3V)
l 16位×16位和32位×32位乘且累加操作以及16位×16位的兩個乘且累加
統(tǒng)一的寄存器編程模式,可達4M字的線性程序地址和數據地址
(2) 片內存儲器
l 8Kx16位的Flash存儲器
l 1Kx16位的OTP型只讀存儲器
l L0和L1:兩塊4Kx16位的單口隨機存儲器(SARAM)
l HO:一塊8Kx16位的單口隨機存儲器
l M0和M1:兩塊1Kx16位的單口隨機存儲器
(3) 時鐘與系統(tǒng)控制
l 支持動態(tài)的改變鎖相環(huán)的頻率(PLL)
l 片內振蕩器
l 看門狗定時器模塊
(4) 豐富的外圍設備
l 兩個事件管理器(EVA、EVB)
l 串行外圍接口(SPI)
l 兩個串行通信接口(SCI),標準的UART
l 改進的控制器局域網絡(ECAN)
l 多通道緩沖串行接口(MCBSP)
l 16通道12位的數模轉換器(ADC)
3 四輪轉向控制系統(tǒng)的實現
四輪轉向(Four-Wheel Steering,簡稱4WS) 系統(tǒng)是指車輛在轉向過程中,前后兩組四個車輪都能夠根據需要起轉向作用,能有效改善車輛的機動靈活性和操縱穩(wěn)定性,正在得到不斷發(fā)展和應用。4WS汽車在低速轉彎時,前后車輪逆相位轉向,可以減小車輛的轉彎半徑;在高速轉彎時,前后輪主要作同相位轉向,能夠減少車輛質心側偏角β,降低車輛橫擺率的穩(wěn)態(tài)超調量等,進一步提高車輛操縱穩(wěn)定性。
圖3 結構框圖
4 控制系統(tǒng)硬件設計與仿真
4.1 前輪轉角信號采集
前輪轉角由絕對式角位移傳感器得到,輸出電壓與前輪轉角成線性正比例關系,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。由于前輪轉角范圍有限,故跳線選擇0~10V,采樣頻率設為96HZ。部分程序設計過程如下:
AdcRegs.ADCMAXCONV.all=0x0002;
服務
// 設置最大轉換通道寄存器為2; AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV00 = 0x0;
// 設置ADCHAO通道連續(xù)采樣3次;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV01 = 0x0;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV02 = 0x0;
EvaRegs.T2CMPR=0x0080;
// 設置定時器2的比較寄存器;
EvaRegs.T2PR=0xFFFF;
// 設置定時器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) 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); } //計算前輪轉角,取弧度;
4.2 后輪轉角信號采集
后輪轉角信號由高精度的增量式光電編碼器獲得。它將蝸桿轉動的角度根據轉動的方向變?yōu)橄鄳脑?、減計數脈沖,每轉一圈產生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。帶光耦的開關量輸入電路設計如圖4,捕獲單元電路DSP
芯片內部集成。 圖4 輸入電路框圖
部分程序設計過程如下:
EvaRegs.CAPFIFO.all=0x0400;
// 設置捕獲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設置定時器1;
EvaRegs.T1PR = 0xFFFF;
EvaRegs.T1CON.all = 0x1042;
interrupt void cap2_int(void)
// 捕獲中斷
服務子程序;
{ if(GpioDataRegs.GPFDAT.bit.GPIOF12==1)PositivePulsecount++;
else NegativePulsecount++;
deltar=(PositivePulsecount-NegativePulsecount)*pi/1024.0;
}
// 根據I/O引腳來計算后輪轉角,取弧度;
4.3 算法設計與D/A輸出
算法的基本思路是:4WS啟動時,輸入一前輪轉角,通過橫擺率反饋,將其與速度相關的理想橫擺率穩(wěn)態(tài)響應增益G0進行比較,然后經控制器G1控制后輪轉角,實現四輪轉向,輸出質心側偏角、橫擺率、側向加速度用于監(jiān)測,控制框圖如圖5所示。電機的驅動電壓由DSP的比較寄存器產生PWM信號,在通過D/A 轉換電路輸出。本文采用定時器4產生PWM,由DA4引腳輸出,一級放大的D/A轉換電路如圖6所示。
圖5 控制框圖
圖6 D/A轉換電路
部分程序設計過程如下:
EvbRegs.T4PR=0x3FF;
// 設置定時器2的周期寄存器;
EvbRegs.T4CMPR=0x0080;
// 設置定時器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]; // 輸出量質心側偏角;
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 結束語
本文應用上面設計的控制算法對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,結果如圖7所示,結果表明橫擺率跟蹤控制的4WS車輛在高速范圍的轉向操控時其質心橫擺率、側偏角和側向加速度響應相比兩輪轉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)控制和汽車控制領域具有廣闊前景。
圖7 仿真結果
伺服電機相關文章:伺服電機工作原理
評論