基于32位DSP及电机驱动芯片的悬挂运动控制设计 步进电机

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随着32位DSP的普及，32位处理器已经成为控制领域的主流产品，与传统的微处理器相比速度更快、性能更强、资源丰富，更符合发展的脚步。TMS320F28027是一款32位的DSP，具有运算速度快、稳定性高的优点。本文利用TMS320F28027控制两个步进电机，从而使物体在平面内运动，实现物体在平面内可以任意地画指定的曲线和圆等。
　　1 系统总体方案的设计
　　图2为悬挂系统控制框图，以TMS320F28027为控制芯片，利用L298N 驱动两个步进电机。步进电机采用42HS4813A4，其额定电流为1.3A，步距角为1.8°，利用LCD-12864液晶显示被控制物的实时坐标。控制2个步进电机正向、反向转动来达到物体在平面内任意运动的效果。

　　

　　图1 悬挂系统的模型

　　

　　图2 悬挂系统控制框图

　　2 硬件电路设计
　　2.1 L298N
　　L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。图3为L298N模块的电路原理图。该芯片的主要特点是：工作电压高，其最高工作电压可达46V;输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A;内含两个H 桥的高电压大电流全桥式驱动器。利用2个L298N来分别控制2个步进电机，步进电机的额定电流为1.3A，同时通2相时，电流为2.6A，L298N 可以达到42HS4813A4步进电机的电流要求。

　　

　　图3 L298N模块电路原理图

　　2.2 绝对式编码器
　　绝对式编码器的精度必须要高于步进电机的精度，所以这里采用的是10位绝对式编码器。选用的型号是Mini1024J，精度为10位，优点在于采用无接触霍尔检测技术，传感器运行不受灰尘或其他杂物影响，很好克服了基于光学检测原理的缺点。
　　3 系统软件设计
　　3.1 几何关系1：从任意点移动到任意点算法
　　坐标示意图如图4所示，有如下的边长和角度关系：

　　

　　

　　图4 坐标示意图

　　

　　3.2 几何关系2：当前位置坐标显示算法

　　如图5所示，存在以下的角度和边长关系：

　　

　　控制代码如下：

　　

　　

　　图5 坐标示意图

　　3.3 电机位置闭环控制方法
　　步进电机闭环控制框图如图6所示，TMS320F28027分别用2个定时器来控制两个电机，用绝对式编码器对位置进行监控，进行失步补偿，保证位置正确，并且可以使曲线圆滑。