基于CAN总线的四路舵机控制器的研究

d．舵机反馈的舵偏角信号为0～6v，而F2812的前向模拟输入通道的转换电压范围为3V，因此本文以4片电感器符号INA114为核心的前端调理模块将反馈回来的4路模拟信号进行分压，将其转换到适合DSP内部ADC模块工作的电压范围；另外，该调理模块形同一组射极跟随器，令输出阻抗接近于无穷小，输入阻抗接近于无穷大，在塑封电感器一定程度上减小了反馈电压的失真。

2.2 电机驱动板卡部分

该电路采用摩托罗拉公司的H桥门驱动集成电路MC33883作为该功率电路的驱动芯片，来控制末级大功率器件N沟道MOS管IRFI40的开关组，以此组成H桥驱动电路。为了避免电机驱动差模电感器板卡对主控板卡的干扰，采用高速光耦隔离器件6N137将PWM信号隔离，阻断电机驱动板卡对主控板卡的传导干扰。

3．软件程序设计及其算法描述

TMS320F2812的主程序负责完成初始化并对数据进行相应处理。初始化包括对I／O接口、寄存器、处理器工作状态以及内部控制模块等的初始化。在初始化完成后，将会进入数据处理的运算子程序。

3.1 DSP与上位机的通信

TMS320F2812与上位机的CAN2.0A电感生产厂家串行通信采用数据帧传输模式，CAN的标准数据帧可包含44～108位的数据，它的扩展数据帧可包含64～128位数据。本文采用标准桢进行通信，即CAN2.0A协议，具体如下图所示。一个完整的标准数据桢包括帧的起始位、标识符、数据字节控制位、最多8字节的数据区，循环冗佘校验、响应信息和帧的结束位。其中标识符和数据区为用户指令填充，其它为CAN控制器自行产生。

3.2 上位机测控应用程序设计

为便于舵机的控制和系统指标的测试，编制了基于外购的研华CAN通信卡的DLL动态链接库，编写了用于测控四路舵机系统的C++应用程序，即测控应用程序软件包。该测控应用程序的用户界面分为实时显示区、目标位置控制区、指标测试区等几大模块，可以对电机的目标位置进行设定，对系统指标进行测试，并实时的将4路舵机的PWM占空比数据、目标值数据以及反馈值数据以趋势图片式电感器的形式直观的显示出来，易于进行在线的分析处理和评估；另外，该程序同时也将采集到的数据存储到文本文件中，以便后期离线处理。

3.3 增量式分段离散PID控制算法描述

舵机控制器系统的控制算法分为两段进行：

式中V为PWM最大输出常量，f(PID)为线性PID算法，Emax为偏差的设定阈值，U为算法输出值，表征PWM信号的占空比。在偏差E很大时(E＞Emax)，系统快速性是控制的关键指标，系统开环运行V，使得偏差能够尽快缩小；在较小偏差下(E≤Emax)，系统的定位精度成为关键指标，此时采样值在设定值附近，按优化的增量PID控制算法运行。

4．系统测试结果分析

联调试验结果表明：舵机系统在2kg*m的额定负载力矩的测试条件下，对25°阶跃响应时常数小于100ms，20Hz、±1.5°振幅的频率绕行电感响应相位延时小于20°差模电感器，定位精度优于0.06°，半振荡次数小于两次。

该系统位置阶跃响应如图5所示。舵机位置建立时间小于100ms；位置稳定性也很好。25°阶跃仅需要一个半周期就可以达到稳定。

以上分析证实，本文提出的控制系统动静态响应性能较好、稳态精度高、对噪声有较高的鲁棒性和抗干扰性，适用于具有较高要求的控制领域，具有广阔的应用前景。

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