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第
24
卷第
5
期
Vol.
24
No.5
湖北工业大学学报
Journal
of
Hubei University
of
Tecbnology
2009
年
10
月
Oct.2009
f
文章编号]
1003-4684
(2009
)05-0078-04
基于
C8051F020
与
LMD18200
的运动控制平台
李伟,吴庆华
(湖北工业大学机械工程学院,湖北武汉
430068)
[摘
要]设计了以混合信号徽控制器
C8051F020
和运动控制
H
桥组件
LM
D1
8200
构成的运动控制平台,以
C8051F020
为控制核心,以
LM
D1
8200
作为电机驱动器,对多个直流电机进行精确的位置和速度控制.该平
台辅助以多超声传感器、红外探测传感器、旋转编码器等,能直接应用于各种小功率智能运动设备和自主移动
机器人.
t
关键词]控制平台;运动控制;混合信号系统级单片机
s
电机驱动
[中图分类号]
TH122
[文献标志码]:
A
许多机电一体化产品,其电机的位置控制、速度
控制要求较高,特别是某些机械关节和小型移动机
器人,不仅对控制精度有非常高的要求,而且对控制
器的体积、功耗、成本有着近乎苛刻的限制.本文旨
在设计一种高控制精度、小体积、低成本、高可靠性
的开放式运动控制平台,实现对多个直流电机的精
确控制,并能够接收外部各种传感器的输入,实现对
机电设备的智能自动控制.
1
运动控制平台的基本原理
运动控制的主要任务就是多电机的控制.本文
对有刷直流电机控制采取全数字化方法(即
PWM
斩波控制)
,由
C8051F020
产生
PWM
波,经过功率
组件
LMD18200
实现对电机的全数字化驱动,能量
利用率接近
100%.
为了实现对直流电机精确的控
制,必须实时采集电机的位置和速度,采用旋转编码
器测量电机速度是目前最为可靠、精确的方法之一.
通过单片机对旋转编码器输出脉冲的计数,准确获
知电机的速度和位置信息,采用传统的
P
lD算法对
直流电机进行位置闭环和速度闭环控制.
2
控制系统硬件设计
本系统的硬件主体分为核心控制单元、电机驱
动单元、信号检测单元和通讯单元.其中核心控制单
[收稿日期]
2009
一
08-20
[基金项目]湖北省教育厅技术创新项目
(200500
1)
.
元为
C8051F020
,其强大的运算控制能力和丰富的
片上资据为硬件控制系统的设计提供了极大的方
便
[刀
,数字量的输入均采用光电隔离与单片机连接,
保证了系统具有较强的抗干扰性.电机驱动单元采
用
LMD18200
组实现,使用
SCI
方式与上位机通
信.系统的整体结构如图
l
所示.
图
1
运动控制平台系统结构图
2.
1
主控
MCU
本控制系统采用
Cygnal
公司推出的一种混合
信号系统级单片机
C8051F020.
片内含
CIP-51
的
CPU
内核,其指令系统与
MCS
-
51
完全兼容.
C8051F020
单片机含有
64
KB
片内
Flash
程序存储
器,
4
352
B
的
RAM
,
8
个1/
0
端口共
64
根1/
0
口
线、一个
12
位
A
/
D
转换器和一个
8
位
A
/
D
转换
器,以及-个双
12
位
D
/
A
转换器、
2
个比较器、
5
个
16
位通用定时器、
5
个捕捉
/
比较模块的可编程计
数
/
定时器阵列、看门狗定时器、
VDD
监视器和温度
传感器等部分.其工作电压范围为
2.
7~3.
6
V.
特
[作者简介]李
伟(1
963-)
,男,湖南汩罗人,湖北工业大学副教授,研究方向:测控仪器、机电一体化.
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