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基于DSP和L298N的悬挂运动控制系统设计

发布时间:2020-07-21 18:43:22 阅读: 来源:黄酒厂家

摘要:介绍了由TMS320F28027和L298N模块以及编码器组成的悬挂运动控制系统。该系统通过控制2个步进电机,控制轴上线的收放来达到使悬挂物在平面内任意运动的效果,以实现画圆或指定图案和显示当前坐标等功能。主要介绍了步进电机的控制算法和利用TMS320F28027芯片实现位置闭环控制的方法。该系统具有高效、稳定、准确等优点。

本文引用地址:引言

随着TI公司32位DSP的普及,32位处理器已经成为控制领域的主流产品,与传统的微处理器相比速度更快、性能更强、资源丰富,更符合发展的脚步。TMS320F28027是一款32位的DSP,具有运算速度快、稳定性高的优点。本文利用TMS320F28027控制两个步进电机,从而使物体在平面内运动,实现物体在平面内可以任意地画指定的曲线和圆等。图1为悬挂系统的模型。

1 系统总体方案的设计

图2为悬挂系统控制框图,以TMS320F28027为控制芯片,利用L298N驱动两个步进电机。步进电机采用42HS4813A4,其额定电流为1.3 A,步距角为1.8°,利用LCD-12864液晶显示被控制物的实时坐标。控制2个步进电机正向、反向转动来达到物体在平面内任意运动的效果。

2 硬件电路设计

2.1 L298N

L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。图3为L298N模块的电路原理图。该芯片的主要特点是:工作电压高,其最高工作电压可达46 V;输出电流大,瞬间峰值电流可达3 A,持续工作电流为2 A;内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器。利用2个L298N来分别控制2个步进电机,步进电机的额定电流为1.3 A,同时通2相时,电流为2.6 A,L298N可以达到42HS4813A4步进电机的电流要求。

2.2 绝对式编码器

绝对式编码器的精度必须要高于步进电机的精度,所以这里采用的是10位绝对式编码器。选用的型号是Minil024J,精度为10位,优点在于采用无接触霍尔检测技术,传感器运行不受灰尘或其他杂物影响,很好克服了基于光学检测原理的缺点。

3 系统软件设计

3.1 几何关系1:从任意点移动到任意点算法

坐标示意图如图4所示,有如下的边长和角度关系:

3.2 几何关系2:当前位置坐标显示算法

如图5所示,存在以下的角度和边长关系:

控制代码如下:

3.3 电机位置闭环控制方法

步进电机闭环控制框图如图6所示,TMS320F28027分别用2个定时器来控制两个电机,用绝对式编码器对位置进行监控,进行失步补偿,保证位置正确,并且可以使曲线圆滑。

步进电机的型号为42HS4813A4,为了防止失步,步进电机每步的最小间隔为4 ms,并且用软件对步进电机进行了十六细分,即每步的间距为0.45°。控制电机部分的程序流程图如图7所示。

控制代码如下:

newsf_motorl_SpeedAndSpace_access((int)flag_motorl_paces,flag_cputimer_1,2); //定时器1控制步进电机1

newsf_motor2_SpeedAndSpace_acccss((int)flag_motor2 paces,flag_cputimer_2,2); //定时器2控制步进电机2

3.4 画图算法

利用几何关系任意点到任意点的算法,分别给处理器一连串的位置坐标,控制物体的运动轨迹,如图8所示。

相同间隔取N个点,分别输入处理器,来控制物体的坐标。将取的点传递给TMS320F28027时,为了让圆足够的平滑,消去锯齿状,所以在圆上取了200个点。控制代码如下所示:

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