图2是三相无刷直流电动机调速控制框图。给定转速与速度反馈量形成偏差,经速度调节后产生电流参考值,他与电流反馈量的偏差经电流调节后控制PWM脉冲的占空比,实现电动机的速度控制。电流的反馈是通过测量电阻的压降来实现,速度反馈则是通过霍尔位置传感器输出的位置量,经过计算得到的。位置传感器输出的位置还用于控制换相。
5 平行双轮电动车的控制原理
以 TMS320LF2407A为控制核心的运动控制器,根据光电编码器和姿态传感器检测到的平台运行的位移和姿态信号,通过一定的控制策略计算出控制量,再经PWM控制及驱动器放大后驱动无刷直流电动机运转,随时调整车体平台的运行速度,从而使车体平台始终保持平衡状态。控制器电路主要由 TMS320LF2407A、电机驱动芯片、电池模块以及外围电路组成。其控制电路原理框图如图3所示。
采用微硅陀螺仪和倾角传感器的组合构成姿态传感器来检测车体平台的运行姿态。其中,微硅陀螺仪检测的是平台绕转动轮轴转动的角速率,倾角传感器检测的是平台相对于水平面的倾角。控制板采集来自倾角和角速度传感器的信号并对信号进行调理(消波、整形、偏移),然后将信号传送到TMS320LF2407A的 ADCIN00和ADCIN01通道中,经过DSP的运算处理(控制算法由电动车系统的数学模型推导而出),通过DSP的两路PWM将控制信号发出,再经过电机驱动模块驱动电机运转,控制小车保持平衡状态。
6 检测电路的工作原理
考虑到来自输入的噪声干扰等因素,要对传感器的输出电压进行调理。相同的输入电路共有8路(1路为倾角传感器输入电路;1路为角速度传感器输入电路;1路为小车驾驶者的转弯信号输入(保留功能);1路为电池电量检测;其余4路为预留电路),下面仅就其中1路加以说明。电路图如图4所示。
其中U4C为多端输入的电压并联负反馈电路,假设偏置电压与传感器输入电压分别为V1,V2,则: 由此得:
这里取R31=R15=R16,所以有V8=-(V1 V2),即:基本运算电路中的反相加法电路。然后将其输出电压V8再经过反向放大器U4D进行放大,调节W18使输出为0~2.4 V,其中D15与D16为过电压保护电路。 图5为偏置电压产生电路,VREF1P,VREF1N为图4中的偏置电压的输入端,由于偏置电压值要求比较高,所以选用TL074对CPUREF这个精度比较高的电压进行放大来提供。
7 软件设计
软件设计框图如图6所示,包括初始化部分、数据处理和转换部分、闭环控制算法以及控制量输出部分等。初始化程序设置用户要求的变量和系统初始状态,主要完成设置系统寄存器初值、建立中断、外围部分初始化的工作。数据处理和转换部分完成对输入信号进行数据采集并进行平滑滤波处理。闭环控制算法根据闭环极点配置算法进行编程。
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