越野小车控制系统的软件设计和实验分析

时间：2020-01-05

   车载主控制器的任务是从串口接收控制终端的命令，然后通过CAN总线发送给各个运动单元控制器。其软件部分由主程序和CAN中断服务程序组成。主程序中首先配置了处理器的相关寄存器，并对相关模块进行了初始化，然后等待传递控制终端的命令和下位机发来的位置、速度等参数。

    各个运动单元控制器接收主控制器的运动指令并调制PWM脉宽从而控制无刷直流电动机运行。如图6所示，主函数中**配置端口输入输出方向，初始化全局变量，调用各模块初始化函数，并使能模块，然后进入死循环。死循环中不断检测是否需要包数据，清看门狗，并点亮LED指示工作状态。矿井提升机

    无刷直流电动机的闭环控制和换相工作是在PWM中断程序中完成的。当PWM中断被触发时，根据本次和上次HALL信号值，控制各路PWM输出的开关状态：根据目标值和反馈值之间的误差，调用PID计算子函数计算控制输出，进行占空比限幅，更新正在工作的两路PWM占空比寄存器。程序流程图如图7所示。

    实验分析

    (1)电机驱动信号测试。为了防止产生人耳可听见的噪声，功率器件斩波频率设计在20 kHz，时基计数为向上向下模式。电机的PWM采用互补输出模式，为防止逆变器中同一桥臂的两个功率MOS—FET同时导通造成短路的情况发生，需要在其间插入一个死区时间，确保开关安全，如图8所示，驱动信号死区时间设置为2．5 ns。
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    (2)轮式运动测试。本文使用正弦信号指令进行对越障小车驱动轮电机测试，当驱动轮电机空载时，其速度闭环曲线如图9所示。在低速运行，速度变化率很大，速度闭环误差也比较大，在电机转速比较高时，系统响应速度快，速度闭环效果比较好。

    (3)摆腿运动测试。本文通过爬越台阶试验对小车的越障功能进行验证。如图l0所示，当超声波传感器检测到障碍物离驱动轮足够近时，对应的摆腿旋转一定角度，接触到台阶，支撑车体，使小车前半部分抬高，前两驱动轮悬空后，四个助动轮及后两驱动轮与地面接触，后两驱动轮驱动小车继续运动，小车前部跨上台阶。后轮爬越过程与前轮类似。试验证明小车越障能力。

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