基于DSP嵌入式技術(shù)的智能剎車控制系統(tǒng)研究

本文在硬件電路設(shè)計(jì)上采用DSP 芯片和外圍電路構(gòu)成速度捕獲電路,電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器采用微控制芯片和外圍電路構(gòu)成了電流采樣、過流保護(hù)、壓力調(diào)節(jié)等電路,利用CPLD實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的邏輯換相。在軟件設(shè)計(jì)上,軟件以C語言和匯編語言相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的控制。最后提出了模糊控制調(diào)節(jié)PID參數(shù)的控制策略。

1 引言

賽車剎車系統(tǒng)是賽車系統(tǒng)上具有相對(duì)獨(dú)立功能的子系統(tǒng),其作用是承受賽車的靜態(tài)重量、動(dòng)態(tài)沖擊載荷以及吸收賽車剎車時(shí)的動(dòng)能,實(shí)現(xiàn)賽車的制動(dòng)與控制。其性能的好壞直接影響到賽車的快速反應(yīng)、安全制動(dòng)和生存能力,進(jìn)而影響賽車的整體性能。本文設(shè)計(jì)了賽車全電防滑剎車控制器的硬件和軟件,最后研究了適合于賽車剎車的控制律。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

本賽車剎車控制器是由防滑控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器組成。兩個(gè)控制器都是以DSP芯片為核心。防滑控制器主要是以滑移率為控制對(duì)象,輸出給定的剎車壓力,以 DSP芯片為CPU,外加賽車和機(jī)輪速度信號(hào)調(diào)理電路等。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器主要是調(diào)節(jié)剎車壓力大小,并且控制電動(dòng)機(jī)電流大小,也是以DSP芯片為CPU,再加外圍電路電動(dòng)機(jī)電流反饋調(diào)理電路、過流保護(hù)電路、剎車壓力調(diào)理電路、四組三相全橋逆變電路等構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器。

2.1 DSP的最小系統(tǒng)

DSP的最小系統(tǒng)主要涉及存儲(chǔ)器擴(kuò)展、JTAG接口配置、復(fù)位電路、ADC模塊的設(shè)置以及時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)等。

1、片外存儲(chǔ)器擴(kuò)展。

片外存儲(chǔ)器是為了彌補(bǔ)DSP內(nèi)部RAM的不足,同時(shí)也考慮到調(diào)試過程中可以方便將程序下載到片外高速StaTIc RAM中。外部的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器采用CY7C1041CV33。DSP既可以使用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,也可以使用片外程序存儲(chǔ)器,這由引腳XMP刀MC決定的。JTAG接口。在程序需要調(diào)試時(shí),程序下載是通過JTAG接口完成的,這個(gè)接口經(jīng)過仿真器與PC機(jī)的并行口相連。

2、復(fù)位電路與時(shí)鐘源模塊。

用阻容電路產(chǎn)生上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位的低電平復(fù)位電路,產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。外加一個(gè)硬件看門狗,其輸出端產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)WDRST。電源芯片的兩個(gè)輸入都為+5V,輸出為+1.9V和+3.3V電源為DSP供電,輸出電源分別有兩個(gè)復(fù)位信號(hào),當(dāng)電源不穩(wěn)或過低時(shí),將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。

3、模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC模塊的硬件配置。

模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC輸出電壓2V,要求輸出端接一個(gè)低的ESR容量為10μF的陶瓷電容到模擬地。如果軟件設(shè)置在外部參考模式下,ADCREFP能夠接外部輸入為2V的參考電壓,并且接一個(gè)低的ESR容量為1μF到10μF的電容。否則,AD的內(nèi)部參考源的精度將受到影響。

2.2賽車前輪與剎車機(jī)輪速度信號(hào)處理電路

賽車防滑控制器主要是以滑移率為控制對(duì)象,防止賽車打滑,由滑移率的偏差大小調(diào)節(jié)后輸出壓力參考值,以跟蹤給定的滑移率大小。防滑控制器上必須有賽車前輪和剎車機(jī)輪速度信號(hào)的調(diào)理電路,主要是為了得到反饋的滑移率。賽車速度信號(hào)是以自由滾動(dòng)的賽車前輪速度信號(hào)代替。在賽車的前輪與剎車機(jī)輪上都裝有測(cè)速傳感器,當(dāng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),測(cè)速傳感器會(huì)產(chǎn)生正弦波形式的交流信號(hào),機(jī)輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,測(cè)速傳感器發(fā)出50個(gè)周期的正弦交流信號(hào)。正弦交流信號(hào)的振幅隨輪子速度的變化而變化,其信號(hào)為偏壓2.5V,峰值為0.3V,最大信號(hào)幅值不超過5V的正弦波信號(hào)。將此正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成同頻率的方波后送入DSP的捕獲單元,捕獲方波相鄰上升沿的計(jì)數(shù)值間隔ncapture,即可計(jì)算得到輪子的轉(zhuǎn)速值V。由于CPUCLK為150MHz,捕獲時(shí)基為其中的一個(gè)定時(shí)器,n為 CPUCLK的分頻系數(shù),凡為輪子的滾動(dòng)半徑,那么輪子速度的計(jì)算式為:

調(diào)理電路如圖1所示:

2.3 邏輯信號(hào)電路

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選用ALTERA公司的MAX7000A系列器件對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置等信號(hào)進(jìn)行邏輯處理,選用多達(dá)有76路可編程I/0口和100引腳的 EPM7128AE,該CPLD能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。器件EPM7128AE實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的三相全橋逆變電路觸發(fā)信號(hào)、過流保護(hù)、正反轉(zhuǎn)、三相全橋的開通與關(guān)斷等功能。一片CPLD器件EPM7128AE上有兩個(gè)電機(jī)的邏輯信號(hào)。由于無刷直流電動(dòng)機(jī)的霍爾位置傳感器CS3020的輸出是集電極開路結(jié)構(gòu),故上拉2KΩ電阻,再把霍爾信號(hào)SA, SB, SC送到CPLD的輸入端口。其JTAG接口的TMS, TCK, TDI, TDO四個(gè)端子必須接上拉電阻,再接+5V電源。