一種基于直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速的兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速的兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法，整個(gè)控制系統(tǒng)包括核心控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電流采集模塊以及通信模塊。其中核心控制器的主要功能是完成驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制算法，產(chǎn)生PWM信號(hào)去控制系統(tǒng)工作，與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信，信號(hào)的采集，其底層系統(tǒng)由FLASH存儲(chǔ)器、快速的A/D轉(zhuǎn)換器、增強(qiáng)的CAN模塊、事件管理器、正交編碼電路接口機(jī)多通道緩沖串口等外設(shè)組成；通信模塊采用的是SCI串口通信來(lái)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與底層控制器DSP之間的數(shù)據(jù)交換；在直流驅(qū)動(dòng)模塊，以驅(qū)動(dòng)電流控制直流電機(jī)的加速度特性，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的雙閉環(huán)調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)兩輪機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。
【專利說明】
一種基于直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速的兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種基于直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速的兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法，屬于兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]輪式機(jī)器人是以驅(qū)動(dòng)輪子來(lái)帶動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行移動(dòng)和工作的機(jī)器人，由于其具有自重輕、承載大、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)和控制相對(duì)方便、行走速度快、工作效率高等特點(diǎn)，從而被廣泛應(yīng)用。隨著科技發(fā)展對(duì)機(jī)器人的自主智能化的需求，如何控制輪式機(jī)器人按照我們需要的方式進(jìn)行移動(dòng)和精準(zhǔn)的動(dòng)作，即對(duì)輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
[0003]直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是各種進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。其具有兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速，克服了單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)用一個(gè)調(diào)節(jié)器綜合多種信號(hào)，導(dǎo)致各參數(shù)相互影響等缺點(diǎn)，具有良好的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，起步時(shí)間短、超調(diào)量小、并且抗擾動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中有大量的參數(shù)需要調(diào)整，運(yùn)用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法工作量大，調(diào)試?yán)щy，并且兩輪輪式機(jī)器人本質(zhì)上具有飽和非線性問題，因此增加了基于直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速的兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法，本系統(tǒng)作為兩輪機(jī)器人不可或缺的一部分，完成驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制算法實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)電樞電流和轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán)調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)兩輪機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種基于直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速的兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法，所采用系統(tǒng)包括核心控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電流采集模塊以及通信模塊;核心控制器與電流采集模塊相連，電流采集模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相連，完成信號(hào)的采集;通信模塊連接核心控制器的底層系統(tǒng)與上位機(jī);核心控制器其底層系統(tǒng)由FLASH存儲(chǔ)器、快速的A/D轉(zhuǎn)換器、增強(qiáng)的CAN模塊、事件管理器、正交編碼電路接口機(jī)多通道緩沖串口組成;核心控制器完成驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制算法，產(chǎn)生PffM信號(hào)去控制H橋電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊工作。
[0007]所述的通信模塊采用SCI串口通信傳輸核心控制器的底層系統(tǒng)與上位機(jī)的交互數(shù)據(jù)，底層控制器接收并翻譯上位機(jī)的命令數(shù)據(jù)包;所述的直流調(diào)速系統(tǒng)直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速。
[0008]所述的快速的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)電動(dòng)機(jī)電樞電流進(jìn)行檢測(cè)采集。
[0009]所述的底層控制器模塊，采集編碼器反饋數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定測(cè)速算法后將轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)。
[0010]所述的直流調(diào)速系統(tǒng)直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速，即在核心控制器，上位機(jī)通過轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)控制使電機(jī)按照上位機(jī)給定的電流進(jìn)行加速并實(shí)現(xiàn)給定的轉(zhuǎn)速。
[0011]所述的驅(qū)動(dòng)電流模塊控制直流電機(jī)的加速度特性來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)速。
[0012]本發(fā)明的有益效果為:
[0013](I)提供了一種能夠克服兩輪輪式機(jī)器人由于飽和非線性導(dǎo)致的失控的兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用直流電機(jī)電樞電流和轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán)控制為調(diào)速系統(tǒng)，具有直流電機(jī)調(diào)速起步快、超調(diào)量小、并且抗擾動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0014](2)底層控制器采用了以驅(qū)動(dòng)電流控制直流電機(jī)的加速度特性的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)可調(diào)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步介紹:
[0018]實(shí)施例
[0019]如圖1所示，在核心控制器，完成驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制算法實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)通過SCI串口通信模塊經(jīng)底層控制器的雙閉環(huán)控制使電動(dòng)機(jī)按照上位機(jī)給定的電流進(jìn)行加速并實(shí)現(xiàn)給定的轉(zhuǎn)速;其底層控制器和進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。電流采集模塊采集電機(jī)的電樞電流在經(jīng)過編碼處理后經(jīng)ADC傳入核心控制器。核心控制器采集編碼器反饋數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定測(cè)速算法將轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)。核心控制器再通過底層控制器產(chǎn)生HVM信號(hào)去控制H橋電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流。
[0020]整個(gè)控制系統(tǒng)采用的電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速結(jié)構(gòu)如圖2，外環(huán)為加速度控制環(huán)，內(nèi)環(huán)為PI控制電流環(huán)。給點(diǎn)轉(zhuǎn)速與反饋產(chǎn)生的速度差值經(jīng)過智能控制器控制后得到電流環(huán)給定將于電流反饋值比較差值作為電流環(huán)調(diào)節(jié)器的輸入，從而構(gòu)成兩輪機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
[0021]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速的兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于:所采用的系統(tǒng)包括核心控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電流采集模塊以及通信模塊;所述核心控制器的底層系統(tǒng)由FLASH存儲(chǔ)器、快速的A/D轉(zhuǎn)換器、增強(qiáng)的CAN模塊、事件管理器、正交編碼電路接口機(jī)多通道緩沖串口組成;核心控制器完成驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制算法，產(chǎn)生PWM信號(hào)去控制H橋電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊工作;所述核心控制器與電流采集模塊相連，所述電流采集模塊和電機(jī)相連，完成信號(hào)的采集;所述通信模塊連接核心控制模塊的底層系統(tǒng)與上位機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速的兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于:所述通信模塊采用SCI串口通信傳輸核心控制器的底層系統(tǒng)與上位機(jī)的交互數(shù)據(jù)，底層控制器接收并翻譯上位機(jī)的命令數(shù)據(jù)包。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速的兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于:快速的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)電動(dòng)機(jī)電樞電流進(jìn)行檢測(cè)采集。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速的兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于:利用核心控制器的底層系統(tǒng)，采集編碼器反饋數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定測(cè)速算法后將轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速的兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于:上位機(jī)通過轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)控制使電機(jī)按照上位機(jī)給定的電流進(jìn)行加速并實(shí)現(xiàn)給定的轉(zhuǎn)速。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速的兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于:通過驅(qū)動(dòng)電流模塊控制直流電機(jī)的加速度特性來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)速。
【文檔編號(hào)】H02P5/50GK105978410SQ201610026813
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年1月18日
【發(fā)明人】劉劍鋒
【申請(qǐng)人】湖南品信生物工程有限公司