|
隨著32位DSP的普及，32位處理器已經成為控制領域的主流產品，與傳統的微處理器相比速度更快、性能更強、資源豐富，更符合發展的腳步。TMS320F28027是一款32位的DSP，具有運算速度快、穩定性高的優點。本文利用TMS320F28027控制兩個步進電機，從而使物體在平面內運動，實現物體在平面內可以任意地畫指定的曲線和圓等。圖1為懸掛系統的模型。 1 系統總體方案的設計 圖2為懸掛系統控制框圖，以TMS320F28027為控制芯片，利用L298N 驅動兩個步進電機。步進電機采用42HS4813A4，其額定電流為1.3A，步距角為1.8°，利用LCD-12864液晶顯示被控制物的實時坐標。控制2個步進電機正向、反向轉動來達到物體在平面內任意運動的效果。 圖1 懸掛系統的模型 圖2 懸掛系統控制框圖 2 硬件電路設計 2.1 L298N L298N是ST公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動芯片。圖3為L298N模塊的電路原理圖。該芯片的主要特點是：工作電壓高，其最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續工作電流為2A；內含兩個H 橋的高電壓大電流全橋式驅動器。利用2個L298N來分別控制2個步進電機，步進電機的額定電流為1.3A，同時通2相時，電流為2.6A，L298N 可以達到42HS4813A4步進電機的電流要求。 圖3 L298N模塊電路原理圖 2.2 絕對式編碼器 絕對式編碼器的精度必須要高于步進電機的精度，所以這里采用的是10位絕對式編碼器。選用的型號是Mini1024J，精度為10位，優點在于采用無接觸霍爾檢測技術，傳感器運行不受灰塵或其他雜物影響，很好克服了基于光學檢測原理的缺點。 3 系統軟件設計 3.1 幾何關系1：從任意點移動到任意點算法 坐標示意圖如圖4所示，有如下的邊長和角度關系： 圖4 坐標示意圖 3.2 幾何關系2：當前位置坐標顯示算法 如圖5所示，存在以下的角度和邊長關系： 控制代碼如下： 圖5 坐標示意圖 3.3 電機位置閉環控制方法 步進電機閉環控制框圖如圖6所示，TMS320F28027分別用2個定時器來控制兩個電機，用絕對式編碼器對位置進行監控，進行失步補償，保證位置正確，并且可以使曲線圓滑。 圖6 步進電機閉環控制框圖 步進電機的型號為42HS4813A4，為了防止失步，步進電機每步的最小間隔為4ms，并且用軟件對步進電機進行了十六細分，即每步的間距為0.45°。控制電機部分的程序流程圖如圖7所示。 圖7 控制電機部分的程序流程圖 控制代碼如下： 3.4 畫圖算法 利用幾何關系任意點到任意點的算法，分別給處理器一連串的位置坐標，控制物體的運動軌跡，如圖8所示。 圖8 畫圓取點示意圖 相同間隔取N個點，分別輸入處理器，來控制物體的坐標。將取的點傳遞給TMS320F28027時，為了讓圓足夠的平滑，消去鋸齒狀，所以在圓上取了200個點。控制代碼如下所示： 4 系統測試 系統完成后，進行了兩項測試，分別是畫圓運動和運動到指定點。 其中畫圓運動測試是在輸入圓心坐標以及半徑后，對實際畫出圓的直徑與理論直徑作了對比，并且記錄了畫圓的耗時。此測試中，圓心坐標為(40.0cm，40.0cm)，輸入的半徑值為30.0cm，測試結果如表1所列。 表1 畫圖運動測試結果 其中，運動到指定點測試是以坐標原點為起始點，在輸入指定坐標之后，對原點到指定點距離的理論值和實際值作了對比，并且記錄了運動完后回到原點的誤差距離，即是否能準確回到原點。在此測試中，運動的原點坐標為(0cm，0cm)，目標坐標為(49.0cm，50.0cm)，即距離原點為70.0cm，實際測試時，運動到(49.1cm，49.2cm)，即距離原點69.5cm，測試結果如表2所列。 表2 運動到指定點測試 由測試結果可看出，該系統具有高效、穩定、準確的優點，符合實驗預期。 |
