多功能電機控制器使用說明書

1、多功能電機控制器使用說明書目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 多功能電機控制器使用說明書1主要技術(shù)參數(shù)1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 系統(tǒng)硬件構(gòu)造2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 伺服軟件系統(tǒng)構(gòu)造6 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document PID算法設(shè)計思路6 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document PID濾波器C語言代碼

2、7 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 系統(tǒng)通信局部軟件設(shè)計9 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 使用快速原型系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)的根本思路10 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 驅(qū)動器外殼加工問題11主要技術(shù)參數(shù)輸入電壓：直流18-60V最大輸出電流：10A最大峰值輸出電流：20A限位輸入形式：霍爾開關(guān)限位滑動變阻器限位開關(guān)量輸入輸出接口電平：5VTTL開關(guān)量輸入輸出接口數(shù)量：8個編碼器輸入接口種類：相位相差90度的雙路方波信號編碼器輸入接口電平：兼容3

3、.3V,5VTTL電平電機驅(qū)動PWM頻率：1K-72K可調(diào)通信接口形式：CAN總線RS232總線系統(tǒng)硬件構(gòu)造核心控制電路硬件構(gòu)造USB和以太網(wǎng)由于空間現(xiàn)在本系統(tǒng)中功能被屏蔽。USB接口可以實現(xiàn)系統(tǒng)的在線更新和維護?；趯崟r以太網(wǎng)的高速控制器為伺服電機控制器開展的趨勢西門子和法蘭克的數(shù)控系統(tǒng)都采用這種方式，對于分散式控制系統(tǒng)，這種控制方式可以省略掉入XX控制系統(tǒng)中購置多用口卡的本錢；并且，由于網(wǎng)絡(luò)變壓器的隔離特性，即使下層電路在未來的設(shè)計中不采用隔離設(shè)計，整個系統(tǒng)對于工業(yè)控制計算機仍然是隔離的，實用此種方法可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低整個系統(tǒng)的本錢，并實現(xiàn)控制系統(tǒng)固件庫的在線遠程更新。以上兩種功能

4、可以在新的電路板設(shè)計中增加。系統(tǒng)的多功能輸入輸出構(gòu)造中預(yù)留絕對式磁柵編碼器的接口單元。啟動模式根據(jù)使用說明書Table1.BootmodesBOOTmodeselectionpinsBoalmodeAliasingBOOT1BOOT。XQMainFlashmemoryMainHashmemory15selectedasbootspace01SystemmpmorySystemmremoryisselectedasboot11EmbeddedSRAMFmboddodSRAMitsfjoloctodfusbootspace在系統(tǒng)的默認條件下，從主儲存器啟動，即BOOT3I腳位低，這種情況適合系統(tǒng)通

5、過仿真器調(diào)試時使用。這種啟動模式也是默認值。即在電路板中左部的BOOT0和BOOT1不連接任何短路冒。這樣設(shè)計的目的是要早工業(yè)應(yīng)用場合防止使用短路冒造成系統(tǒng)在震開工況下不穩(wěn)定的情況。如圖1.1所示。(BOCM圖1.1從主FLASH啟動的默認設(shè)置如果系統(tǒng)需要有在線更新功能，本主控板可以通過USART2USBOTGFS對系統(tǒng)進展更新。這時，要將系統(tǒng)的啟動模式設(shè)置為系統(tǒng)儲存器啟動，即BOOT0短路冒連接。這方面的具體信息參考ST公司的“STM32F105xxandSTM32F107xxsystemmemorybootmode?。具體設(shè)置如表1.1所示表1.1系統(tǒng)啟動設(shè)置啟動模式跳線設(shè)置主閃存啟動BO

6、OTO,BOOT1不連接任何短路冒系統(tǒng)儲存器啟動BOOT0短路冒連接SRAM啟動BOOT0,BOOT1使用短路冒短接系統(tǒng)復(fù)位系統(tǒng)的NRST5I腳14腳在低電平作用下復(fù)位整個系統(tǒng)，同時在EX2外部擴展引腳上的4腳可以輸出RESET勺復(fù)位信號、同時也可使系統(tǒng)在休眠的狀態(tài)下被喚醒。同時RESETJTAGB15腳相連；還同網(wǎng)絡(luò)芯片88348的29腳相連。硬件連接圖如圖2.1所示圖2.1復(fù)位電路的連接系統(tǒng)時鐘對于STM32F10秣說，系統(tǒng)有兩個時鐘輸入，一個是高速時鐘輸入，另一個是低速時鐘輸入。考慮到大多數(shù)系統(tǒng)的需求，系統(tǒng)板只給出了高速時鐘輸入的時鐘入口。時鐘頻率位25Mhz。如果需要低速時鐘可以使用E

7、X2外部擴展引腳的5,6腳。時鐘頻率位32.768Khz同時系統(tǒng)的67腳即PA8還可以向88348網(wǎng)絡(luò)芯片提供50Mhz的時鐘信號用于RMII通信。對于網(wǎng)絡(luò)通信和USB接口使用stm32f107工控板提供了如圖3.1所示的以下解決方案。PLL2CulTy Mucoid5coWCOPHr -I Dp;PLL 拈Out J Div by sit1KUpto50 MHz bnciijrflrvOTG 4GMl42*mclk*-5GLKStKSZFTDujiiH-ldJlliWTREf.ilJifiTftST卜網(wǎng)TOI 卜 m 一桐）時悔 I III j RTgK Hiatrtn - i|舊 HS同I

8、T -l| 171 DBG RO-4|IB! 口圖3.1以太網(wǎng)和USB的時鐘電路解決方案。JTAG通過如下方式連接JTAG如圖4.1所示jm8一14三，JigIu圖4.1JTAG連接示意圖電源供電局部系統(tǒng)使用5V電源供電，同時，再不焊接LM1117供電芯片的情況下也可以使用引出排針的3.3V進展供電。所有的電源供電以及排針的引出在電路板上已經(jīng)清晰的說明四個定位孔同GND相連，當使用銅柱同底層擴展板連接時，可擴大地線的范圍；當需要連接柱帶電時，可以用塑料柱連接。推薦銅柱和塑料柱的高度位10mm.系統(tǒng)可由USB接口供電，無論USB口的控制信號PC9為何種狀態(tài)時，系統(tǒng)都可以通過USB為系統(tǒng)供電。但是

9、當PC9為高電平或者高阻狀態(tài)時電流只可以由外部USB口向系統(tǒng)，而當PC9為低電平時，電流既可以從外部流入，也可從板子流出。所以，在系統(tǒng)使用其他供電形式并與計算機USB口相連接的情況下，要將PC9置為高阻態(tài)。當系統(tǒng)只使用USB口供電時PC9為何種狀態(tài)都可以。如果系統(tǒng)需要使用外部時鐘，比方在斷電的時候也保存局部存放期的內(nèi)容，就需要將外部擴展口EX2的8腳BAT引出同一塊電池相連。CAN總線局部CAN總線使用TI的CAN總線驅(qū)動芯片SN65HVD230這種芯片可以工作于三總模式：高速模式用于大多數(shù)工業(yè)場合；低功耗模式可以省電；斜率模式可以降低EMI。本系統(tǒng)只采用高速模式。高速模式的選擇需要將RSpi

10、n8拉低。在某些多機通信的場合，可能不需要120的負載電阻，這時，需要將位于電路板左上角標記有120字樣旁邊的電阻焊下來。信號通過stm32f107的CAN1與這個驅(qū)動芯片相連，對于本電品&板無需REMAP連接引腳如表6.1所示。表6.1CAN總線連接表引腳管腳名功能名驅(qū)動芯片連接收腳驅(qū)動芯片管腳功能81PD0CAN1_RX4Receiveroutput82PD1CAN1_TX1Driverinput串口通信局部串口通信局部使用max3232作為電平轉(zhuǎn)換芯片其連接如圖7.1所示表7.1RS232局部連接表引腳管腳名功能名remap:驅(qū)動芯片連接收腳驅(qū)動芯片管腳功能84PD3USART2_CTS

11、9ROUT285PD4USART2_RTS10DIN286PD5USART2_TX11DIN187PD6USART2_RX12ROUT1BSP硬件抽家層以太網(wǎng)USB-OTG；CANK、線USARTPWM驅(qū)動驅(qū)動驅(qū)動驅(qū)動驅(qū)動軟件伺服軟件系統(tǒng)構(gòu)造應(yīng)用層編碼器數(shù)據(jù)采集電流傳感器數(shù)據(jù)采集限位開關(guān)狀態(tài)采集指令解碼PID算法計算結(jié)果PWT出反饋相應(yīng)的工作狀態(tài)仕務(wù)11C/OS-皿系統(tǒng)內(nèi)核任務(wù)管理相關(guān)11C/OS-皿CortexM3內(nèi)核相關(guān)程序硬件Cortex-M3 內(nèi)核STM32 互聯(lián)型MCUMicrium發(fā)布的嵌入式實時操作系統(tǒng)uC/OS-III,它的特性如下：搶先式多任務(wù)處理，無數(shù)目限制的任務(wù)及優(yōu)先級，

12、時間片輪番調(diào)度法允許多任務(wù)具有一樣的優(yōu)先級。搶先式多任務(wù)處理內(nèi)核uC/OS-III總是先運行已就緒的最重要的任務(wù)。uC/OS-III可以支持不限數(shù)目的任務(wù)，并允許被監(jiān)視的任務(wù)在運行時增加其棧的大小。uC/OS-III同時支持不限數(shù)目的任務(wù)優(yōu)先級。時間片論調(diào)度uC/OS-III允許多個任務(wù)運行在同一個優(yōu)先級上，每個任務(wù)都擁有一個用戶指定的運行時間周期。每個任務(wù)都可以被指定其自己的時間量，并且當不需要其全部的時間量的時候，任務(wù)可以放棄其擁有的時間片。uC/OS-III同時支持不限數(shù)目的內(nèi)核事件，如任務(wù)、信號量、互斥體、事件標志、消息隊列、計時器和內(nèi)存分配等。uC/OS-III通常在運行時是可配置的

13、。幾乎為零的中斷制止時間uC/OS-III擁有大量的內(nèi)部數(shù)據(jù)構(gòu)造體和變量需要被訪問。對這些關(guān)鍵區(qū)域的保護是通過鎖定調(diào)度程序而不是關(guān)中斷來實現(xiàn)的。中斷幾乎只被制止了零時鐘周期，這保證了實時操作系統(tǒng)可以對那些最快的中斷做出響應(yīng)。綜上所述，相對于uC/OS-II,uC/OS-III對提高伺服系統(tǒng)的相應(yīng)速度與可擴展性有重大的意義。PID算法設(shè)計思路PID濾波器Clsmip吐CpSignPreaat RUSatClampingcircuitPID濾波器C語言代碼doublertwdemo_rtwecintro_step(real_Trtb_IntegralGain)/*localblocki/ovari

14、ables*/real_Trtb_PulseGeneratorB;doublePWM_Set;real_Trtb_Sum;real_Trtb_Saturation;real_Trtb_FilterCoefficient;/*DiscreteIntegrator:/Integrator*/if(rtb_PulseGeneratorB0.0)&(rtwdemo_rtwecintro_DWork.Integrator_PrevResetState=0)rtwdemo_rtwecintro_DWork.Integrator_DSTATE=127.0;/*DiscreteIntegrator:/Filt

15、er*/if(rtb_PulseGeneratorB0.0)&(rtwdemo_rtwecintro_DWork.Filter_PrevResetState=0)rtwdemo_rtwecintro_DWork.Filter_DSTATE=0.0;/*Gain:/FilterCoefficientincorporates:Gain:/DerivativeGainSum:/SumD/rtb_FilterCoefficient=(0.0005*rtb_IntegralGain-rtwdemo_rtwecintro_DWork.Filter_DSTATE)*100.0;/*Sum:/Sumincor

16、porates:Gain:/ProportionalGain*/rtb_Sum=(0.15*rtb_IntegralGain+rtwdemo_rtwecintro_DWork.Integrator_DSTATE)+rtb_FilterCoefficient;/*Saturate:/Saturation*/rtb_Saturation=rt_SATURATE(rtb_Sum,6.0,250.0);/*Outport:/Output*/rtwdemo_rtwecintro_Y.Output=rtb_Saturation;/*Gain:/IntegralGain*/rtb_IntegralGain*

17、=0.2;if(rtb_Sum!=rtb_Saturation)&(rt_SIGNd(rtb_Sum)=rt_SIGNd(rtb_IntegralGain)rtb_IntegralGain=0.0;/*UpdateforDiscreteIntegrator:/Integrator*/rtwdemo_rtwecintro_DWork.Integrator_DSTATE=0.005*rtb_IntegralGain+rtwdemo_rtwecintro_DWork.Integrator_DSTATE;if(rtb_PulseGeneratorB0.0)rtwdemo_rtwecintro_DWor

18、k.Integrator_PrevResetState=1;elseif(rtb_PulseGeneratorB0.0)rtwdemo_rtwecintro_DWork.Integrator_PrevResetState=-1;elsertwdemo_rtwecintro_DWork.Integrator_PrevResetState=0;/*UpdateforDiscreteIntegrator:/Filter*/rtwdemo_rtwecintro_DWork.Filter_DSTATE=0.005*rtb_FilterCoefficient+rtwdemo_rtwecintro_DWor

19、k.Filter_DSTATE;if(rtb_PulseGeneratorB0.0)rtwdemo_rtwecintro_DWork.Filter_PrevResetState=1;elseif(rtb_PulseGeneratorB0.0)rtwdemo_rtwecintro_DWork.Filter_PrevResetState=-1;elsertwdemo_rtwecintro_DWork.Filter_PrevResetState=0;PWM_Set=rtwdemo_rtwecintro_Y.Output;returnPWM_Set;系統(tǒng)通信局部軟件設(shè)計第一幀第二幀第三幀BC網(wǎng)形式的數(shù)據(jù)范圍：0-99990 xC:目標位置最 小分辨率包 含脈沖數(shù),0 xD:代表比例 :系數(shù)0 xE:代表積分:常數(shù)上位機向下位機發(fā)數(shù)；0 x9 :代表電機，使能 0 xF:代表微分:常數(shù)指令擴展 區(qū)0 x8:0 x55:代表復(fù)位代表復(fù)位LSB0 x7 :代表限位開關(guān)功能使能LSB0