TMS320F2812在車(chē)輛四輪轉向控制系統中的應用

數字信號處理器(Digital Signal Processor,簡(jiǎn)稱(chēng)DSP), 是一種適合于數字信號處理運算的微處理器，能夠實(shí)現實(shí)時(shí)快速的數字信號處理算法。通常，由一個(gè)以DSP為基礎的內核，配以測量控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內，使芯片價(jià)格大大降低，體積縮小，結構緊湊，使用便捷，可靠性提高。因此，集成DSP芯片的多功能板是電機應用、勵磁脈沖控制系統、電力保護系統的理想選擇。本文采用了超拓工控的CS4U9813可編程智能多功能板作為伺服電機的控制器來(lái)實(shí)現汽車(chē)后輪轉向功能，該板集成有TI公司的高性能 DSP芯片TMS320F2812。

　　1 TMS320F2812的結構特點(diǎn)[1][4]

　　TMS320F2812是TI公司最新推出的目前市場(chǎng)上最先進(jìn)、功能最強大的32位定點(diǎn)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(dòng)化、電機、馬達伺服控制系統。TMS320F2812芯片結構采用改進(jìn)的程序與數據存儲分開(kāi)的哈佛結構，8級流水線(xiàn)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(gè)獨立的可編程、多用途的輸入 /輸出(GPIO)引腳,是實(shí)現運動(dòng)控制系統的最佳選擇。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

• 主頻150MHZ(時(shí)鐘周期6.67ns)，低功耗(核心低壓1.8V,I/O口3.3V)
• 16位×16位和32位×32位乘且累加操作以及16位×16位的兩個(gè)乘且累加
• 統一的寄存器編程模式，可達4M字的線(xiàn)性程序地址和數據地址

　　(2) 片內存儲器

• 8Kx16位的Flash存儲器
• 1Kx16位的OTP型只讀存儲器
• L0和L1:兩塊4Kx16位的單口隨機存儲器(SARAM)
• H一塊8Kx16位的單口隨機存儲器
• M0和M1:兩塊1Kx16位的單口隨機存儲器

　　(3) 時(shí)鐘與系統控制

• 支持動(dòng)態(tài)的改變鎖相環(huán)的頻率(PLL)
• 片內振蕩器
• 看門(mén)狗定時(shí)器模塊
• CPU級和外設級中斷相結合的控制系統

　　(4) 豐富的外圍設備

• 兩個(gè)事件管理器(EVA、EVB)
• 串行外圍接口(SPI)
• 兩個(gè)串行通信接口(SCI),標準的UART
• 改進(jìn)的控制器局域網(wǎng)絡(luò )(ECAN)
• 多通道緩沖串行接口(MCBSP)
• 16通道12位的數模轉換器(ADC)

　　3 四輪轉向控制系統的實(shí)現

　　四輪轉向(Four-Wheel Steering，簡(jiǎn)稱(chēng)4WS) 系統是指車(chē)輛在轉向過(guò)程中，前后兩組四個(gè)車(chē)輪都能夠根據需要起轉向作用，能有效改善車(chē)輛的機動(dòng)靈活性和操縱穩定性，正在得到不斷發(fā)展和應用。4WS汽車(chē)在低速轉彎時(shí)，前后車(chē)輪逆相位轉向，可以減小車(chē)輛的轉彎半徑;在高速轉彎時(shí)，前后輪主要作同相位轉向，能夠減少車(chē)輛質(zhì)心側偏角β，降低車(chē)輛橫擺率的穩態(tài)超調量等，進(jìn)一步提高車(chē)輛操縱穩定性。

　　本文搭建的四輪轉向平臺是由一個(gè)帶有渦輪蝸桿減速機構的直流伺服電機,電磁離合器和普通的前輪轉向機構組成。其中電機電源為DC12V,減速比設定10: 1(可調),電磁離合器電源:DC48V，實(shí)驗平臺如圖2所示?？刂撇呗圆捎们梆伜头答佅嘟Y合的直接橫擺率閉環(huán)控制，其中由絕對式角位移傳感器采集前輪轉角信號;后輪轉角由精度較高的增量式光電編碼器得到;車(chē)速由五輪儀獲得;后輪轉向由直流伺服電機經(jīng)過(guò)電磁離合器連接機械轉向機構實(shí)現;ECU硬件電子系統核心由TMS320F2812構成，結構框圖如圖3所示:

圖2 實(shí)驗平臺

圖3 結構框圖