TMS320F2812在車(chē)輛四輪轉向控制中的應用

　　圖2　實(shí)驗平臺

　　圖3　結構框圖

　　4　 控制系統硬件設計與仿真

　　 根據上文設計的控制策略，ECU單元要采集前輪轉角信號、后輪轉角信號、輪速信號并經(jīng)過(guò)CPU運算輸出電機的驅動(dòng)電壓，實(shí)現后輪自動(dòng)轉向。本文用C語(yǔ)言編制程序來(lái)實(shí)現設計的控制算法，并在仿真器連接的情況下，在CCS(Code Compose Studio)環(huán)境下完成硬件在環(huán)仿真調試。CCS2000是TI公司針對TMS320C2000系列DSP提供了一套基于Windows的DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，也是目前最優(yōu)秀的DSP開(kāi)發(fā)軟件。在CCS環(huán)境下，可進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)、調試、編譯、鏈接，支持匯編及C/C++進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，強大的調試工具如斷點(diǎn)、探針、剖析及圖形顯示等，并最終可以進(jìn)行輸出目標文件的燒錄。

　　4.1　 前輪轉角信號采集

　　 前輪轉角由絕對式角位移傳感器得到，輸出電壓與前輪轉角成線(xiàn)性正比例關(guān)系，范圍0~12V。本文采用CS4U9806板的ADCHA0引腳采集，采樣外圍電路DSP芯片內部集成。此板單通道采樣時(shí)間200nS，輸入信號范圍可通過(guò)跳線(xiàn)選擇-5～+5V,0～10V,0～20V，默認－5～＋5V。由于前輪轉角范圍有限，故跳線(xiàn)選擇0～10V，采樣頻率設為96HZ。部分程序設計過(guò)程如下:

AdcRegs.ADCMAXCONV.all=0x0002;
// 設置最大轉換通道寄存器為2; AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV00 = 0x0;　　
// 設置ADCHAO通道連續采樣3次;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV01 = 0x0;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV02 = 0x0;
EvaRegs.T2CMPR=0x0080;　　　　
// 設置定時(shí)器2的比較寄存器;
EvaRegs.T2PR=0xFFFF;
// 設置定時(shí)器2的周期寄存器;
EvaRegs.GPTCONA.bit.T2TOADC=3;　　
// 使能比較中斷來(lái)啟動(dòng)采樣模塊;　　　
EvaRegs.T2CON.all=0x1442;　
// 使能比較單元，采樣頻率為96HZ;
interrupt void　 adc_isr(void)　　　　　
// 采樣中斷服務(wù)子程序;
{ voltf0 = AdcRegs.ADCRESULT0/16;　
// 對三次連續采樣求均值，提高精度;
　 voltf1=AdcRegs.ADCRESULT1/16;
　 voltf2=AdcRegs.ADCRESULT2/16;
　 averagef=(voltf0+voltf1+voltf2)/3.0;
　 deltaf=(averagef-2970.0)*3.2133/(4096-2970.0); } //計算前輪轉角，取弧度;

　　 后輪轉角信號由高精度的增量式光電編碼器獲得。它將蝸桿轉動(dòng)的角度根據轉動(dòng)的方向變?yōu)橄鄳脑?、減計數脈沖，每轉一圈產(chǎn)生2048個(gè)脈沖，輸出量為一時(shí)鐘信號和一方向信號。本文采用DICH0(CAP2)引腳捕捉時(shí)鐘信號，輸入引腳DICH19(GPIOF12)取得方向信號。帶光耦的開(kāi)關(guān)量輸入電路設計如圖4，捕獲單元電路DSP芯片內部集成。

　　圖4　輸入電路框圖

　　部分程序設計過(guò)程如下:

EvaRegs.CAPFIFO.all=0x0400;　　　
// 設置捕獲FIFO狀態(tài)寄存器的初值;
EvaRegs.CAPCON.bit.CAPQEPN=0x1;　　　　　
// 使能捕獲單元2;
EvaRegs.CAPCON.bit.CAP12TSEL=1;　　　　　
// 選擇定時(shí)器1為基準;
EvaRegs.CAPCON.bit.CAP2EDGE=0x1;　　　　
// 檢測上升沿有效;
EvaRegs.T1CMPR=0x0080;　　
// 為捕獲單元2設置定時(shí)器1;
EvaRegs.T1PR = 0xFFFF;　　　　
EvaRegs.T1CON.all = 0x1042;　
interrupt void　 cap2_int(void)　　
// 捕獲中斷服務(wù)子程序;
{ if(GpioDataRegs.GPFDAT.bit.GPIOF12==1)PositivePulsecount++;
　 else　 NegativePulsecount++;
　 deltar=(PositivePulsecount-NegativePulsecount)*pi/1024.0;
}
// 根據I/O引腳來(lái)計算后輪轉角，取弧度;

　　4.3　 算法設計與D/A輸出

　　 算法的基本思路是:4WS啟動(dòng)時(shí)，輸入一前輪轉角，通過(guò)橫擺率反饋，將其與速度相關(guān)的理想橫擺率穩態(tài)響應增益G0進(jìn)行比較，然后經(jīng)控制器G1控制后輪轉角，實(shí)現四輪轉向，輸出質(zhì)心側偏角、橫擺率、側向加速度用于監測，控制框圖如圖5所示。電機的驅動(dòng)電壓由DSP的比較寄存器產(chǎn)生PWM信號，在通過(guò)D/A 轉換電路輸出。本文采用定時(shí)器4產(chǎn)生PWM,由DA4引腳輸出，一級放大的D/A轉換電路如圖6所示。

　　圖5　控制框圖

　　圖6　D/A轉換電路

　　部分程序設計過(guò)程如下:

EvbRegs.T4PR=0x3FF;　　　
// 設置定時(shí)器2的周期寄存器;
EvbRegs.T4CMPR=0x0080;
// 設置定時(shí)器4的比較寄存器初值;
EvbRegs.T4CON.all=0x1042;　　　
//　 使能比較單元;　　
EvbRegs.GPTCONB.bit.TCOMPOE=1;　　　　
//　 驅動(dòng)定時(shí)器4的PWM輸出;
EvbRegs.GPTCONB.bit.T4PIN=1;
//　 定時(shí)器4的比較輸出低電平有效;
y0[0]=c[0][0]*x0[0]+c[0][1]*x0[1]+d[0][0]*u[0]+d[0][1]*u[1]; //　 輸出量質(zhì)心側偏角;
y0[1]=c[1][0]*x0[0]+c[1][1]*x0[1]+d[1][0]*u[0]+d[1][1]*u[1]; //　 輸出量橫擺角速度;
y0[2]=c[2][0]*x0[0]+c[2][1]*x0[1]+d[2][0]*u[0]+d[2][1]*u[1]; //　 輸出量側向加速度;
Dutycycle=volt_out/10.0*1024;　
//　 計算占空比;
EvbRegs.T4CMPR=Dutycycle;　　　　
//　 重載定時(shí)器4的周期寄存器;

　　5　 結束語(yǔ)

　　 本文應用上面設計的控制算法對4WS車(chē)輛進(jìn)行了基于TMS320F2812型DSP硬件在環(huán)仿真，車(chē)輛參數選為:m=1740kg;I=3214kg.m2;a=1.058m;b=1.756m;K1=29000N/rad;K2=60000N/rad;同時(shí)為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，截取速度u= 30m/s，結果如圖7所示，結果表明橫擺率跟蹤控制的4WS車(chē)輛在高速范圍的轉向操控時(shí)其質(zhì)心橫擺率、側偏角和側向加速度響應相比兩輪轉向能夠保持較好動(dòng)態(tài)和穩態(tài)性能，同時(shí)采用CCS2000進(jìn)行調試開(kāi)發(fā)，周期短、成本低。因此，基于DSP的硬件控制系統在工業(yè)控制和汽車(chē)控制領(lǐng)域具有廣闊前景。

　　圖7　仿真結果