[发明专利]一种教学用四轮月球车运动控制系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种教学用四轮月球车运动控制系统，适用于机械领域。

背景技术

一种教学用月球车，该车采用左右对称的摇臂结构，通过轮式机构实现行走。为了增强其驱动能力及行走的灵活性，采用四轮全部主动驱动。每个车轮均配备两台直流电机，分别控制车轮的驱动及转向。这样该车的运动控制系统需要对4个驱动电机和4个转向电机进行控制。

为了实现对该车的运动进行控制，就要实现对4个驱动电机的速度伺服控制和4个转向电机的位置伺服控制。因此，如何实现对多个电机的伺服控制是一关键问题。

发明内容

本发明提出了一种教学用四轮月球车运动控制系统，采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)辅助数字信号处理器(DSP)构成控制系统控制器的核心，同时开发相应的控制和检测软件，尽量为学生提供自主开发和使用的空间。

本发明所采用的技术方案是。

所述控制系统使用一台IBM-PC作为上位计算机，利用DSP芯片同CPLD芯片共同构成下位计算机。上位机同下位机之问通过串口进行通讯。上位机提供人机交互的界面，学生通过其可对系统进行设置和调节，并对系统运行状态进行监控，获得实验数据。下位机对上位机的控制指令进行解算，产生相应的控制信号对车体进行控制；同时，下位机对传感器信号进行采集和处理。

所述控制系统采用PWM波控制的H桥型双极可逆驱动方式作为电机的驱动。使用L298HN芯片构成驱动模块。每一个L298HN芯片包含两组H桥型电路，以两对PWM波作为输入，可分别对两台直流电机进行驱动。整个系统共需要4片L298HN芯片。

所述控制系统的控制模块需要为驱动模块提供控制信号，选用TI公司的DSP芯片作为控制芯片，具体型号为TMS320LF2407Ao TMS320LF2407A是TI公司专为电机控制而设计的芯片，其具有两个事件管理器。利用事件管理器的比较单元，可产生6对占空比互补带死区的PWM波，对6个电机进行控制。由于本系统需要对8个电机进行控制，所以还需要两路占空比互补的PWM波。为解决这一问题，选用一片Altera公司的CPLD芯片来辅助DSP芯片完成对电机的控制，具体型号为EPM3128。利用DSP芯片事件管理器的通用定时器单元输出两路单独的PWM波，将其作为CPLD的输入。CPLD将这两路单独的PWM波转化为两对占空比互补带死区的PWM波，用以控制余下的两个电机。此外，为对电机进行闭环控制，还需对电机的光电编码器反馈信号进行处理。TMS320LF2407A芯片的两个事件管理器各白具有一个QEP单元，可同时对两个电机的反馈信号进行处理。为实现对8个电机反馈信号的处理，利用CPLD实现8选2的多路选择器，在每一采样周期选择两个电机的反馈信号输送到DSP芯片中进行处理。

所述控制系统上位机软件为操作者提供一个人机交互的界面。操作者可以通过其设置控制参数，控制下位机程序的运行，进而控制车体状态。此外，操作者还可以通过该软件读取实验数据，观察实验波形，保存实验结果。上位机软件可在Windows操作系统下，使用Visual C++作为开发工具，利用MFCC Microsoft Foundation Class Library)进行编写。

本发明的有益效果是：该控制系统软硬件可以实现学生控制理论、硬件控制功能、系统测试软件和系统建模仿真方而的训练，并使得该教学用四轮月球车具有良好的地形适应性和软硬件算法的适应性。

附图说明

图1是本发明的教学用月球车运动控制系统硬件结构图。

图2是本发明的控制模块结构图。

图3是本发明的CPLD芯片对单路PWM波处理原理图。

图4是本发明的DSP芯片程序总流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，控制系统使用一台IBM-PC作为上位计算机，利用DSP芯片同CPLD芯片共同构成下位计算机。上位机同下位机之问通过串口进行通讯。上位机提供人机交互的界面，学生通过其可对系统进行设置和调节，并对系统运行状态进行监控，获得实验数据。下位机对上位机的控制指令进行解算，产生相应的控制信号对车体进行控制；同时，下位机对传感器信号进行采集和处理。

如图2，控制系统采用PWM波控制的H桥型双极可逆驱动方式作为电机的驱动。使用L298HN芯片构成驱动模块。每一个L298HN芯片包含两组H桥型电路，以两对PWM波作为输入，可分别对两台直流电机进行驱动。整个系统共需要4片L298HN芯片。