基于DSP的雙足機器人運動(dòng)控制系統設計
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2 電機調速原理
系統用PWM波形給出無(wú)刷直流電機的轉速信息，即利用電路一周期內的占空比變化，達到平均電壓值的改變，以對應電機不同的速度值。
在TMS320F2812中可以通過(guò)配置定時(shí)周期寄存器的周期值和比較單元的比較值來(lái)產(chǎn)生PWM，周期值用于產(chǎn)生PWM波的頻率，比較值用于產(chǎn)生PWM波的脈寬，改變比較值可以改變PWM波的占空比，改變周期值可以改變PWM波的頻率。以事件管理器A為例，單路PWM信號的產(chǎn)生過(guò)程如下：
定時(shí)器1作為產(chǎn)生PWM信號的時(shí)基，通過(guò)控制寄存器T1CON和周期寄存器TlPR設置時(shí)鐘周期，通過(guò)寄存器COMCONA設置比較單元的各個(gè)參數，產(chǎn)生出三角波信號，在寄存器CMPRl和ACTRA中分別設置比較值和比較輸出方式，設定的比較值實(shí)時(shí)與三角波信號比較，得到相應占空比的PWM信號。將定時(shí)器計數器T1CNT設置為連續增計數方式時(shí)，產(chǎn)生非對稱(chēng)PWM波形，設定為連續增減計數方式時(shí)，可以得到對稱(chēng)的PWM波形。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/162977.htm
圖2所示是對稱(chēng)PWM波形產(chǎn)生的原理：若PWM輸出為高電平有效，則當三角波的當前值小于比較值時(shí)輸出為低電平，當三角波的當前值大于比較值時(shí)輸出為高電平；低電平有效時(shí)，則反之。
如果在寄存器DBTCONx中設置了死區時(shí)間值，則相應事件管理器所有PWM輸出通道使用同一個(gè)死區值。由于加入了死區，PWM波高電平脈沖的寬度減少了一個(gè)死區時(shí)間，但是周期沒(méi)有變化，所以高有效和低有效的PWM波形的占空比可分別用式(1)和(2)來(lái)計算。
通過(guò)調節占空比，可以調節輸出電壓，用這種無(wú)級連續調節的輸出電壓可以給出速度信息，因此可以通過(guò)調整PWM信號有效電平的寬度達到控制轉速的目的。
3 硬件設計
整個(gè)硬件電路包括DSP芯片TMS320F2812、電源、JTAG仿真接口、通訊、RAM、PWM、A／D、I／O擴展、備用端口、電機驅動(dòng)和光電信號處理等模塊，其控制系統結構如圖3所示。
雙足機器人總電源采用24 V直流電源，為了滿(mǎn)足DSP及外圍電路的需要，需將電源轉換成5 V，3．3 V和1．8 V。首先使用DC-DC變換器將24 V轉換成5 V，再選用TPS767D318電源轉換芯片將5 V轉換成1．8 V和3．3 V。該芯片專(zhuān)門(mén)針對DSP設備提供穩壓電源，為雙電源輸出，每路電源的最大輸出電流為1 A，此外該芯片的電壓漂移非常低，在最大輸出電流為1 A的情況下為350 mV，每路輸出還有過(guò)熱保護、復位和監控輸出電壓等功能，能滿(mǎn)足系統對電源性能的要求。
系統特別留有JTAG接口電路，使控制器可以通過(guò)TDS510仿真器連接到計算機，其仿真信號采用JTAG標準IEEEll49．1，使用雙列14腳的插座，并將DSP上的EMU0和EMU1上拉連接至Vcc。
TMS320F2812自身集成CAN總線(xiàn)的控制模塊，所以在外圍電路中加入CAN總線(xiàn)收發(fā)器SN65HVD251D即可實(shí)現DSP與CAN總線(xiàn)的通信功能。為了確保在CAN總線(xiàn)傳輸信號的完整性，設計時(shí)在CAN總線(xiàn)的兩根傳輸線(xiàn)之間加上150 Ω的電阻進(jìn)行阻抗匹配，可以提高CAN總線(xiàn)傳輸信號的精度。
利用XINTF的區域O和區域1擴展一塊存儲容量為(64K×16)b的RAM存儲器IS61LV6416-10T。其數據存取時(shí)間為10 ns，能滿(mǎn)足高速運行的需要，工作電壓為3．3 V，與DSP工作電壓一致，無(wú)需電平轉換電路。
此外，DSP控制系統中的I／0端口電壓絕大部分為3．3 V，而外部信號一般為5 V，因此需要將外部5 V信號轉換為符合DSP芯片要求的3．3 V信號，系統使用總線(xiàn)驅動(dòng)器74LVX4245進(jìn)行電平轉換。
電機驅動(dòng)電路采用全橋驅動(dòng)三相無(wú)刷直流電機的控制方式，由于要獨立控制5個(gè)電機，系統需按照前面的原理由DSP事件管理器生成PWM，并用其波形占空比給出轉速信息，該信息結合轉向、制動(dòng)等信號通過(guò)控制電路轉換后進(jìn)行電機的調速，這里使用三相無(wú)刷直流電機控制器MC33035。驅動(dòng)電機時(shí)，MC33035的輸出信號施加到三相橋功率電路MPM3003上，決定功率開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)頻度及換流器換相時(shí)機，使其產(chǎn)生出供電機正常運行所需的三相方波，根據速度電壓MC33035可改變底部半橋輸出脈沖寬度，相當于改變供給繞組的平均電壓，從而控制轉速。
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