基于DSP的覆冰机器人控制系统研究
来源： 作者： 发布时间：2015-03-20 10:23:32 浏览量：3.2 转子位置与转速检测
选用TMS320LF2407A实现三相无刷直流电机调速的控制和驱动电路。使用3个位置间隔120°分布的霍尔传感器，由霍尔器件所输出的转子位置信号送到功率变换电路后，直接送至TMS320LF2407A的捕获单元进行处理。检测3个捕获口的状态可以得到当前3路位置信号的组合状态，从而得到转子位置。 捕获口CAP1～CAP3 捕获到的每一次跳变引发一次捕获中断，转子每转过一转，产生6次捕获中断。通过测量相邻2次中断时间间隔得出电机转速。
3.3 驱动电路设计
电机控制驱动器采用IR2130芯片。IR2130芯片控制6个功率管导通和关断顺序，实现控制电机的正反转。此驱动芯片本身给功率器件提供过电压保护。其内部含有逻辑保护电路，当出现对级直通逻辑，芯片立即全部输出低电平，关断所有MOSFET管。另外，功模压电感率回路保护器件中有检测电阻，电流过大时，检测信号经过逻辑判断，将PDPINT置为低电平，DSP内部计数器停止计数，所有PWM输出低电平，关断驱动电路，实现过电流保护[7]。
4系统软件设计
主程序主要完成DSP初始化，流程图如图3所示。A/D转换中断子程序完成速度、电流的调节，流程图如图4所示。实验用时钟频率为20 MHz，PWM频率为20 kHz。通过定时器1周期匹配事件启动A/D转换，使每个PWM周期都进行1次电流采样，并且要在A/D转换中断处理程序调节电流来控制PWM输出。捕捉中断程序完成对位置量的计数和计算速度参考量，程序流程图如图5所示。转子每转过60°角触发一次捕捉中断，进行换相操作和速度计算[8]。
本文应用TI公司的TMS320LF2407A DSP 设计了一种针对覆冰机器人行走和除冰时的直流无刷电机控制系统。经分析，该系统不仅成本共模电感低、易于实现，且性能稳定、方便扩展，对工程实践和电机调速具有重要意义。
方案中，假设已知发送节点的发射功率，接收节点可以根据接收信号的强度，计算二者之间距离的近似值;发射功率可控，即节点可以根据自身需要调整发射功率。采用与文献[5]相同的无线传输能量消耗模型。ADEECS协议按轮执行，每一轮分为网络部署，簇头选举，成簇，数据传输这4个阶段。
具体实现过程如下：
阶段1：网络部署阶段在网络部署阶段，让基站以一定的功率向网络内广播一个消息HELLO_MSG。传感器节点根据接收信号的强度计算出自己到基站的近似距离，在与基站通信时，依据这个距离选择适当的发射功率。在成簇阶段，还将利用这个信息来均衡簇头的负载。
阶段2：簇头选举阶段全局范围内预先设定一个0～1之间的阈值T，用来控制参加簇头竞选的节点比例。每一个节点生成一个0～1之间的随机数，记为u。若u
式中：T为最大约定的最大延迟时间;Eresidual为节点剩余能量;Eini是节点原始能量。
阶段3：成簇阶段簇头向网络所有节点广播自己成为簇头的消息HEAD_AD，内容为簇头节点的标识及该节点与基站的距离。普通节点接收到此消息后选择一个通信代价cost(CH)最小的聚类加入，并发送消息JOIN_REQ。通信代价表达式为：
式(电感元件5)中参数与式(2)和式(4)表示的意义相同。从式(5)可以看出，该通信代价综合考虑了节点与簇头的距离、簇头与基站的距离及簇头的剩余能量。从而实现了由聚类成员节点选择剩余能量较大，与自己距离较近，与基站距离较小的簇头形成簇，达到能量均衡的目的。
阶段4：数据传输阶段簇头向所有成员节点广播TDMA通信时隙调度信息TDMA_SCHEDULE。成员节点按分配好的TDM差模电感A时隙在某个时刻将自己检测到的数据发送给簇头。簇头在接收聚类成员发送数据的过程中进行数据融合，并将融合后的数据直接传输给基站，该过程采用单跳的通信方式。
4 ADEECS协议仿真与分析
仿真中，使用Matlab作为仿真平台，采用与文献[3]相同的能量消耗模型。仿真参数如表1所示。
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