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5 平行双轮电动车的控制原理
以 TMS320LF2407A为控制核心的运动控制器，根据光电编码器和姿态传感器检测到的平台运行的位移和姿态信号，通过一定的控制策略计算出控制量，再经PWM控制及驱动器放大后驱动无刷直流电动机运转，随时调整车体平台的运行速度，从而使车体平台始终保持平衡状态。控制器电路主要由 TMS320LF2407A、电机驱动芯片、电池模块以及外围电路组成。其控制电路原理框图如图3所示。

采用微硅陀螺仪和倾角传感器的组合构成姿态传感器来检测车体平台的运行姿态。其中，微硅陀螺仪检测的是平台绕转动轮轴转动的角速率，倾角传感器检测的是平台相对于水平面的倾角。控制板采集来自倾角和角速度传感器的信号并对信号进行调理(消波、整形、偏移)，然后将信号传送到TMS320LF2407A的 ADCIN00和ADCIN01通道中，经过DSP的运算处理(控制算法由电动车系统的数学模型推导而出)，通过DSP的两路PWM将控制信号发出，再经过电机驱动模块驱动电机运转，控制小车保持平衡状态。
6 检测电路的工作原理
考虑到来自输入的噪声干扰等因素，要对传感器的输出电压进行调理。相同的输入电路共有8路(1路为倾角传感器输入电路；1路为角速度传感器输入电路；1路为小车驾驶者的转弯信号输入(保留功能)；1路为电池电量检测；其余4路为预留电路)，下面仅就其中1路加以说明。电路图如图4所示。

其中U4C为多端输入的电压并联负反馈电路，假设偏置电压与传感器输入电压分别为V1，V2，则：

由此得：

这里取R31=R15=R16，所以有V8=-(V1 V2)，即：基本运算电路中的反相加法电路。然后将其输出电压V8再经过反向放大器U4D进行放大，调节W18使输出为0～2.4 V，其中D15与D16为过电压保护电路。

图5为偏置电压产生电路，VREF1P，VREF1N为图4中的偏置电压的输入端，由于偏置电压值要求比较高，所以选用TL074对CPUREF这个精度比较高的电压进行放大来提供。

7 软件设计
软件设计框图如图6所示，包括初始化部分、数据处理和转换部分、闭环控制算法以及控制量输出部分等。初始化程序设置用户要求的变量和系统初始状态，主要完成设置系统寄存器初值、建立中断、外围部分初始化的工作。数据处理和转换部分完成对输入信号进行数据采集并进行平滑滤波处理。闭环控制算法根据闭环极点配置算法进行编程。

8 行走仿真
经过对控制参数的多次调整，样车终于能够比较平稳的行走。样车在平衡状态下(速度初始值为零)采集到有关数据，通过软件处理后生成样车在直线行走时的速度变化折线图，如图7所示。样车平台绕轮轴的倾角变化折线图如图8所示。

由图7可以看出，速度曲线首先从零点向正方向变化，且变化的速度很快，然后很快下降到零点，在零点保持一段时间后，速度曲线又很快向负方向变化，然后迅速变化到零点，保持一段时间后，速度曲线重新开始新的一个变化周期。对应于样车，即样车向一个方向很快运动，然后迅速停止，保持一定时间后，又向另一个方向很快运动，然后迅速停止，保持一定时间后，再开始一个新的运动周期。
由图8可以看出，倾角首先从零点上升到最大点，然后下降到最低点，再从最低点上升到最高点，如此周而复始，其最高点和最低点倾角绝对数值都比较小。
从速度、倾角变化折线图可以看出：样车在保持平衡状态下，其直线行走的速度在一个比较窄的范围内绕零点周期性地变动，也就是说，样车在有规律地做往返振荡运动；样车绕轮轴的倾角围绕零点在一个较小的范围内做有规律的波动。从上面的变化规律可以看出，样车处于一个动平衡的状态，因此可以得出这样的结论：控制系统的建模和控制器的设计是合理有效的，完全可以通过一系列的控制手段，较好地实现平行双轮电动车的行走。
9 结 语
本文针对平行双轮电动车的技术要求和具体特点，以美国TI公司生产的TMS320LF2407A作为控制核心，将DSP芯片运用于平行双轮电动车的控制系统设计中，可以实现硬件体积小、系统抗干扰能力强、响应速度快、控制方案灵活等特点。对其后续的研究工作，如电机的控制可以引入多种控制策略，以求得到更好的控制性能、精度和转矩的平稳性，具有深远的意义。

关键词： DSP芯片 双轮电动车 机器人