一种基于直流电机双闭环调速的两轮机器人运动控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于直流电机双闭环调速的两轮机器人运动控制方法，整个控制系统包括核心控制器、电机驱动模块、电流采集模块以及通信模块。其中核心控制器的主要功能是完成驱动电机的控制算法，产生PWM信号去控制系统工作，与上位机进行数据的通信，信号的采集，其底层系统由FLASH存储器、快速的A/D转换器、增强的CAN模块、事件管理器、正交编码电路接口机多通道缓冲串口等外设组成；通信模块采用的是SCI串口通信来实现上位机与底层控制器DSP之间的数据交换；在直流驱动模块，以驱动电流控制直流电机的加速度特性，实现直流电机的双闭环调速，从而实现两轮机器人的运动控制。
【专利说明】
一种基于直流电机双闭环调速的两轮机器人运动控制方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种基于直流电机双闭环调速的两轮机器人运动控制方法，属于两轮机器人运动控制技术领域。
【背景技术】
[0002]轮式机器人是以驱动轮子来带动机器人进行移动和工作的机器人，由于其具有自重轻、承载大、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、工作效率高等特点，从而被广泛应用。随着科技发展对机器人的自主智能化的需求，如何控制轮式机器人按照我们需要的方式进行移动和精准的动作，即对轮式机器人的运动控制是十分重要的一个环节。
[0003]直流电机双闭环调速系统是各种进行运动控制调速系统的基础。其具有两个调节器分别调节电流和转速，克服了单闭环调速系统用一个调节器综合多种信号，导致各参数相互影响等缺点，具有良好的静态特性和动态特性，起步时间短、超调量小、并且抗扰动能力强等优点。但是双闭环直流调速系统在设计和调试过程中有大量的参数需要调整，运用传统的设计方法工作量大，调试困难，并且两轮轮式机器人本质上具有饱和非线性问题，因此增加了基于直流电机双闭环调速系统的两轮机器人运动控制系统设计的难度。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决上述问题，提出了一种基于直流电机双闭环调速的两轮机器人运动控制方法，本系统作为两轮机器人不可或缺的一部分，完成驱动电机的控制算法实现，实现直流电机电枢电流和转速的双闭环调速，从而实现两轮机器人的运动控制。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]—种基于直流电机双闭环调速的两轮机器人运动控制方法，所采用系统包括核心控制器、电机驱动模块、电流采集模块以及通信模块;核心控制器与电流采集模块相连，电流采集模块和电机驱动模块相连，完成信号的采集;通信模块连接核心控制器的底层系统与上位机;核心控制器其底层系统由FLASH存储器、快速的A/D转换器、增强的CAN模块、事件管理器、正交编码电路接口机多通道缓冲串口组成;核心控制器完成驱动电机的控制算法，产生PffM信号去控制H桥电路电机驱动模块工作。
[0007]所述的通信模块采用SCI串口通信传输核心控制器的底层系统与上位机的交互数据，底层控制器接收并翻译上位机的命令数据包;所述的直流调速系统直流电机双闭环调速。
[0008]所述的快速的A/D转换器对电动机电枢电流进行检测采集。
[0009]所述的底层控制器模块，采集编码器反馈数据，经过一定测速算法后将转速数据发送给上位机。
[0010]所述的直流调速系统直流电机双闭环调速，即在核心控制器，上位机通过转速环和电流环双闭环控制使电机按照上位机给定的电流进行加速并实现给定的转速。
[0011]所述的驱动电流模块控制直流电机的加速度特性来实现系统的调速。
[0012]本发明的有益效果为:
[0013](I)提供了一种能够克服两轮轮式机器人由于饱和非线性导致的失控的两轮机器人运动控制系统，该系统采用直流电机电枢电流和转速的双闭环控制为调速系统，具有直流电机调速起步快、超调量小、并且抗扰动能力强等优点。
[0014](2)底层控制器采用了以驱动电流控制直流电机的加速度特性的驱动系统，能实现双闭环直流调速系统动态参数可调，以此来实现机器人驱动。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的总体结构示意图。
[0016]图2为本发明机器人运动控制系统的控制图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明作进一步介绍:
[0018]实施例
[0019]如图1所示，在核心控制器，完成驱动电机的控制算法实现。上位机通过SCI串口通信模块经底层控制器的双闭环控制使电动机按照上位机给定的电流进行加速并实现给定的转速;其底层控制器和进行数据交换。电流采集模块采集电机的电枢电流在经过编码处理后经ADC传入核心控制器。核心控制器采集编码器反馈数据，经过一定测速算法将转速数据发送给上位机。核心控制器再通过底层控制器产生HVM信号去控制H桥电路电机驱动模块，从而控制电机转速和电流。
[0020]整个控制系统采用的电流、转速双闭环调速结构如图2，外环为加速度控制环，内环为PI控制电流环。给点转速与反馈产生的速度差值经过智能控制器控制后得到电流环给定将于电流反馈值比较差值作为电流环调节器的输入，从而构成两轮机器人的运动控制系统。
[0021]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于直流电机双闭环调速的两轮机器人运动控制方法，其特征在于:所采用的系统包括核心控制器、电机驱动模块、电流采集模块以及通信模块;所述核心控制器的底层系统由FLASH存储器、快速的A/D转换器、增强的CAN模块、事件管理器、正交编码电路接口机多通道缓冲串口组成;核心控制器完成驱动电机的控制算法，产生PWM信号去控制H桥电路电机驱动模块工作;所述核心控制器与电流采集模块相连，所述电流采集模块和电机相连，完成信号的采集;所述通信模块连接核心控制模块的底层系统与上位机。2.根据权利要求1所述的基于直流电机双闭环调速的两轮机器人运动控制方法，其特征在于:所述通信模块采用SCI串口通信传输核心控制器的底层系统与上位机的交互数据，底层控制器接收并翻译上位机的命令数据包。3.根据权利要求1所述的基于直流电机双闭环调速的两轮机器人运动控制方法，其特征在于:快速的A/D转换器对电动机电枢电流进行检测采集。4.根据权利要求1所述的基于直流电机双闭环调速的两轮机器人运动控制方法，其特征在于:利用核心控制器的底层系统，采集编码器反馈数据，经过一定测速算法后将转速数据发送给上位机。5.根据权利要求1所述的基于直流电机双闭环调速的两轮机器人运动控制方法，其特征在于:上位机通过转速环和电流环双闭环控制使电机按照上位机给定的电流进行加速并实现给定的转速。6.根据权利要求1所述的基于直流电机双闭环调速的两轮机器人运动控制方法，其特征在于:通过驱动电流模块控制直流电机的加速度特性来实现系统的调速。
【文档编号】H02P5/50GK105978410SQ201610026813
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年1月18日
【发明人】刘剑锋
【申请人】湖南品信生物工程有限公司