基于-DSP和CAN電機(jī)同步控制系統(tǒng)通信

1、-. z基于DSP和CAN的電機(jī)同步控制系統(tǒng)與通信傳統(tǒng)的多電機(jī)控制系統(tǒng)適用于要求不高、相對簡單、電機(jī)分布比擬集中的場合。而對于運(yùn)動控制中實(shí)時性、可靠性、可擴(kuò)展性、傳輸距離、傳輸速度等要求較高的場合，需要采用高傳輸速度、遠(yuǎn)傳輸距離、可靠性較高的通信方式和處理速度快、功能強(qiáng)大、能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜控制策略的處理器。 控制器局域網(wǎng)CAN(Controller Area Network)是一種有效支持分布式控制和實(shí)時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。它屬于現(xiàn)場總線疇，與現(xiàn)有的其它總線相比，它是一種分散式、數(shù)字化、雙向、多站點(diǎn)的通信系統(tǒng)，具有速率高、可靠性好、智能化高、連接方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，在分布式測試和工業(yè)控制等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)

2、用越來越廣泛1。數(shù)字信號處理器Digital Signal Processor，DSP是一種高速專用微處理器，7A運(yùn)算功能強(qiáng)大，能實(shí)現(xiàn)高速輸入和高速率傳輸數(shù)據(jù)，且?guī)AN總線接口。它專門處理以運(yùn)算為主且不允許延遲的實(shí)時信號，可高效進(jìn)展快速傅里葉變換運(yùn)算。數(shù)字信號處理器的精度高，可靠性好，其先進(jìn)的品質(zhì)與性能可為電機(jī)控制提供高效可靠的平臺2。鑒于CAN總線的通信優(yōu)勢和DSP的強(qiáng)大處理能力，利用二者完全可以設(shè)計完成要求較高的多電機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種功能強(qiáng)大、智能化和網(wǎng)絡(luò)化程度較高的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)滿足了工藝復(fù)雜、要求較高的多電機(jī)控制，它正在興起并成為多電機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開展趨勢3。1 系統(tǒng)構(gòu)造及其實(shí)現(xiàn)基于C

3、AN總線網(wǎng)絡(luò)的新型多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，采用總線式多主多從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造。當(dāng)系統(tǒng)中不僅有工程師層還包括管理層即多個主節(jié)點(diǎn)時，主主通信將實(shí)現(xiàn)不同功能主節(jié)點(diǎn)的交流如圖1。整個控制系統(tǒng)由三局部組成:CAN總線、上級PC機(jī)、DSP控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用PC 機(jī)作為監(jiān)控主機(jī),實(shí)現(xiàn)對各節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控和管理;CAN 總線接口卡完成CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能,實(shí)現(xiàn)PC 機(jī)與CAN 總線之間的通信;各從節(jié)點(diǎn)通過DSP完成數(shù)據(jù)的收發(fā)和對交流電機(jī)的控制4。主節(jié)點(diǎn)采用PC微機(jī)或其他兼容機(jī)，通過PCI總線雙路智能CAN網(wǎng)卡通信適配器與CAN總線相連，進(jìn)展信息交換。CAN網(wǎng)卡電路共分為三大局部：由DS89C420微處理機(jī)、7

4、4LS373鎖存器、32KB的RAM 62256、32KB的EPROM 27256組成的主機(jī)局部；雙口RAMIDT7005S35PF及其控制電路；由SJA1000、光電隔離電路、82C250組成的CAN控制器和CAN總線接口電路。從節(jié)點(diǎn)由兩局部構(gòu)成：電機(jī)控制板和功率驅(qū)動板。從節(jié)點(diǎn)的根本框圖如圖2所示。電機(jī)控制板以A為核心，外圍采用各功能模塊。其中，PWM模塊用于驅(qū)動功率器件，A/D模塊用來把系統(tǒng)所需要的電流模擬量變換成數(shù)字量，實(shí)現(xiàn)電流環(huán)反應(yīng)控制。磁場平衡式霍爾電流傳感器(LEM模塊)把互感器、磁放大器、霍爾元件和電子線路集成在一起，具有測量、反應(yīng)、保護(hù)三種功能，LEM模塊的輸出輸入到DSP的三

5、路A/D轉(zhuǎn)換口，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，再進(jìn)展相應(yīng)的處理。光電碼盤把檢測信息反應(yīng)到DSP的正交編碼脈沖電路(QEP)，實(shí)現(xiàn)速度環(huán)反應(yīng)控制。當(dāng)LF2407A的QEP被使能(制止捕獲功能)，定時器2對引腳CAP1/QEP1和CAP2/QEP2、定時器4對引腳CAP4/QEP3和CAP5/QEP4上的脈沖數(shù)目和頻率分別計數(shù)，可得到電機(jī)的角位移和轉(zhuǎn)速。功率驅(qū)動板由整流濾波、IGBT驅(qū)動、以及IGBT橋和反應(yīng)電路組成5。 2 軟件設(shè)計2.1 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議設(shè)計CAN 總線采用一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議,它能有效地支持具有較高平安等級的分布實(shí)時控制。根據(jù)CAN總線技術(shù)規(guī)CAN2.0A、CAN2.0B，本文設(shè)

6、計了用戶通信協(xié)議，各個節(jié)點(diǎn)都按此協(xié)議傳送信息。用戶通信協(xié)議的幀構(gòu)造共10個字節(jié)2個字節(jié)標(biāo)識符、8個字節(jié)數(shù)據(jù)和變量，其定義如圖3所示。PRI:1為低優(yōu)先級，0為高優(yōu)先級，而剩余的優(yōu)先級由源地址決定，低地址優(yōu)先級高。幀類型:100為單幀播送；000為單幀點(diǎn)對點(diǎn)。命令或物理變量名:cmd0、cmd1的功能定義有很多，表1僅給出了幾種典型的定義。節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)中兩個字節(jié)的容來確定被傳送的容。物理變量序號:0255。Data3Data0:定義為一個物理變量數(shù)據(jù)，4字節(jié)長整數(shù)，原碼表示。數(shù)據(jù)類型為整型、布爾型或浮點(diǎn)型。2.3軟件實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)程序主要分為三局部：PC機(jī)人機(jī)交互程序、DS89C420作為C

7、AN與PC機(jī)之間通信中介的程序、DSP作為CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和電機(jī)控制功能的程序。PC機(jī)人機(jī)交互軟件它以可視化界面顯示CAN網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)ID、控制命令、發(fā)送優(yōu)先級等。DS89C420的作用是將從CAN網(wǎng)絡(luò)上采集的數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)，并把PC機(jī)傳過來得數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)上，它實(shí)現(xiàn)的功能類似于協(xié)議轉(zhuǎn)換。DSP完成的功能包括：根據(jù)PC機(jī)發(fā)送過來的指令控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停頓，以及將電機(jī)的相電流、運(yùn)行速度等信息分別通過LF2407A的片上A/D轉(zhuǎn)換器、正交脈沖編碼電路等得到；對電機(jī)的控制通過LF2407A的事件管理器模塊EVA、EVB輸出具有適當(dāng)占空比的PWM脈沖給大功率IGBT管來實(shí)現(xiàn)。2.3.1主主通

8、信本設(shè)計為基于CAN總線的多主多從通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主節(jié)點(diǎn)可以是工程師站，也可以是副工程師站或其它操作站，由于控制的需要，主節(jié)點(diǎn)之間需要傳送一些數(shù)據(jù)。主主通信的軟件設(shè)計關(guān)鍵是掌握好CAN控制器的初始化設(shè)置例如ID的設(shè)置，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。由于網(wǎng)卡具有接口函數(shù)庫及網(wǎng)卡的驅(qū)動程序，可以方便地進(jìn)展主主通信。通信軟件已測試成功，通信界面采用VC編寫，如圖4所示。2.3.2主從通信下面的程序是DSP平臺和上位機(jī)的通信，主節(jié)點(diǎn)CAN網(wǎng)卡中的CAN模塊初始化和發(fā)送子程序。調(diào)試過程中需要注意：通信節(jié)點(diǎn)的波特率要求一致；主從通信時要求CANMCR = 0*0480，使通信處于正常發(fā)送狀態(tài)；CANH與CANL之間連接

9、終端負(fù)載電阻抗干擾。void CANInit() asm( SETC INTM ); /* 制止中斷 */ IMR = IMR | 0*011; /使能CAN中斷CANIMR = 0; /屏蔽所有中斷CANIFR = 0*FFFF; /去除已掛號中斷CANMCR = 0*0480; /CAN處于正常工作狀態(tài)CANMCR = CANMCR | 0*1000; /設(shè)置CCR,改變配置請求; While ( (CANGSR & 0*0010) = 0 ) /設(shè)置CCE,更改配置啟用; CANBCR2 = 0*027; /設(shè)置波特率50KbpsCANBCR1 = 0*005E;CANMCR = CAN

10、MCR & 0*EFFF; /去除CCR位;While ( (CANGSR & 0*0010) = 1 ) /去除CCE，制止對配置存放器進(jìn)展操作;CANMailBo*Init(); /初始化asm( CLRC INTM ); /* 開中斷 */ CANTCR =0*0080; /發(fā)送5號容; While ( (CANTCR & 0*8000) = 0 ) /發(fā)送成功 3 同步措施及實(shí)現(xiàn)在對多電機(jī)的同步控制中，解決電機(jī)的實(shí)時性問題十分重要。CAN總線具有點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局播送傳送數(shù)據(jù)的功能。雖然CAN總線的信息存取利用了播送式的存取工作方式，信息可以在任何時候由任何節(jié)點(diǎn)發(fā)送到空閑的總線上，然后根據(jù)信息標(biāo)文符決定是否讀取信息包中的數(shù)據(jù)以判斷是否使用這一信息，但是由于各電機(jī)的實(shí)際情況不同，即使命令同時傳送到節(jié)點(diǎn)，實(shí)際命令的實(shí)施時間也不能得到保證。筆者認(rèn)為僅依靠CAN總線的播送數(shù)據(jù)功能實(shí)現(xiàn)同步控制會產(chǎn)生誤差，可以通過軟件編程實(shí)現(xiàn)誤差較小的同步控制。采用兩次命令的方式，首先由主站給需要同步的從站用播送的方式發(fā)送準(zhǔn)備命令和同步速度，主站確認(rèn)收到準(zhǔn)備好命令之后發(fā)送第二次具體的命令即啟動同步命令。這樣可以使誤差相對減少。4 完畢語本文研究了基于CAN總線的多電機(jī)同步控制網(wǎng)絡(luò)的組成和通信實(shí)現(xiàn)，設(shè)