移動機(jī)器人技術(shù)-課件 項目4-任務(wù)5-直流電機(jī)的控制

項目四：移動機(jī)器人手動控制實踐直流電機(jī)的控制任務(wù)五：直流電機(jī)的控制課程目標(biāo)：一、了解直流電機(jī)的基本原理和分類；二、了解CAN總線協(xié)議；三、掌握基于CAN總線的直流電機(jī)控制。直流電機(jī)的控制知識儲備一：直流電動機(jī)工作原理直流電動機(jī)有兩個弧形銅制換向片，換向片之間用絕緣材料隔開，線圈abcd的兩出線端分別與兩個換向片相連，電刷A、B與換向片相接觸且固定不動，這就是最簡單的換向器。與直流電動機(jī)不同的是，線圈沒有原動機(jī)拖動，電刷A、B接至直流電源，線圈abcd中有電流流過，電流的方向如圖所示。載流導(dǎo)體受到的電磁力為f=Bli。直流電機(jī)的控制知識儲備一：直流電動機(jī)工作原理導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。在圖示瞬間，導(dǎo)體ab的受力方向是從右向左，導(dǎo)體cd的受力方向是從左向右，都產(chǎn)生逆時針方向的轉(zhuǎn)矩，使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過180°時，導(dǎo)體cd在N極下，導(dǎo)體ab在S極下，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷A流入，經(jīng)導(dǎo)體cd、ab后，從電刷B流出，但線圈內(nèi)電流方向發(fā)生了變化，導(dǎo)體cd受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?，?dǎo)體ab受力方向變?yōu)閺淖笙蛴?，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時針方向，使線圈繼續(xù)沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)。因此，由于換向器的作用，直流電流交替地由導(dǎo)體ab和cd流入，使處于N極下的線圈邊中電流的方向總是由電刷A流入，而處于S極下的線圈邊中電流的方向總是從電刷B流出，從而產(chǎn)生方向不變的轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，這就是直流電動機(jī)的工作原理。直流電機(jī)的控制知識儲備二：CAN通信協(xié)議CAN是控制器域網(wǎng)(ControllerAreaNetwork,CAN)的簡稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOACH公司開發(fā)，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898），CAN是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計的J1939協(xié)議。直流電機(jī)的控制知識儲備二：CAN通信協(xié)議直流電機(jī)的控制知識儲備二：CAN通信協(xié)議CAN協(xié)議特點：（1）多主控制。（2）系統(tǒng)的柔軟性。（3）通信速度較快，通信距離遠(yuǎn)。（4）具有錯誤檢測、錯誤通知和錯誤恢復(fù)功能。（5）故障封閉功能。（6）連接節(jié)點多。直流電機(jī)的控制知識儲備二：CAN通信協(xié)議CAN協(xié)議通過數(shù)據(jù)幀、遙控幀、錯誤幀、過載幀、幀間隔5種類型的幀進(jìn)行。數(shù)據(jù)幀用于發(fā)送單元向接收單元傳送數(shù)據(jù)的幀。遙控幀用于接收單元向具有相同ID的發(fā)送單元請求數(shù)據(jù)的幀。錯誤幀用于當(dāng)檢測出錯時向其他單元通知錯誤的幀。過載幀用于接收單元通知其尚未做好接收準(zhǔn)備的幀。間隔幀用于將數(shù)據(jù)幀及遙控幀與前面的幀分離開來的幀。直流電機(jī)的控制知識儲備二：CAN通信協(xié)議CAN數(shù)據(jù)幀直流電機(jī)的控制知識儲備二：CAN通信協(xié)議CAN數(shù)據(jù)幀直流電機(jī)的控制知識儲備三：大疆M2006電機(jī)M2006P36電機(jī)采用三相永磁直流無刷結(jié)構(gòu)，具有輸出轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高的特點。M2006內(nèi)置位置傳感器，提供精確的位置反饋，以FOC矢量控制方式使電機(jī)產(chǎn)生連續(xù)的扭矩。減速箱減速比為36：1。電機(jī)的額定輸入電壓為24V，額定電流為3A。直流電機(jī)的控制知識儲備三：大疆M2006電機(jī)電調(diào)發(fā)送報文格式直流電機(jī)的控制知識儲備三：大疆M2006電機(jī)電調(diào)接收報文格式直流電機(jī)的控制工程實踐一單電機(jī)的手動控制實踐內(nèi)容：編寫程序控制單個電機(jī)按照低速（給定電流200mA）和高速（給定電流1000mA）分別各運行2s，運行3輪后停止。硬件接線：將M2006電機(jī)接至中心板，中心板的CAN總線接至主控板的CAN接口，注意中心板上的CAN_H、CAN_L接口需與主控板上的CAN_H、CAN_L接口嚴(yán)格對應(yīng)。軟件調(diào)試：打開配套的工程文件，點擊編譯、下載，觀察電機(jī)是否按要求運動。直流電機(jī)的控制工程實踐一單電機(jī)的手動控制關(guān)鍵代碼分析直流電機(jī)的控制工程實踐一單電機(jī)的手動控制關(guān)鍵代碼分析直流電機(jī)的控制工程實踐一單電機(jī)的手動控制關(guān)鍵代碼分析直流電機(jī)的控制小結(jié)與拓展一、利用遙控器實現(xiàn)控制電機(jī)的加速、減速、啟動、停止