4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與仿真

　　根據(jù)上文設(shè)計(jì)的控制策略，ECU單元要采集前輪轉(zhuǎn)角信號(hào)、后輪轉(zhuǎn)角信號(hào)、輪速信號(hào)并經(jīng)過CPU運(yùn)算輸出電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓，實(shí)現(xiàn)后輪自動(dòng)轉(zhuǎn)向。本文用C語(yǔ)言編制程序來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的控制算法，并在仿真器連接的情況下，在CCS(Code Compose Studio)環(huán)境下完成硬件在環(huán)仿真調(diào)試。CCS2000是TI公司針對(duì)TMS320C2000系列DSP提供了一套基于Windows的DSP集成開發(fā)環(huán)境，也是目前最優(yōu)秀的DSP開發(fā)軟件。在CCS環(huán)境下，可進(jìn)行程序開發(fā)、調(diào)試、編譯、鏈接，支持匯編及C/C++進(jìn)行軟件開發(fā)，強(qiáng)大的調(diào)試工具如斷點(diǎn)、探針、剖析及圖形顯示等，并最終可以進(jìn)行輸出目標(biāo)文件的燒錄。

　　4.1 前輪轉(zhuǎn)角信號(hào)采集

　　前輪轉(zhuǎn)角由絕對(duì)式角位移傳感器得到，輸出電壓與前輪轉(zhuǎn)角成線性正比例關(guān)系，范圍0~12V。本文采用CS4U9806板的ADCHA0引腳采集，采樣外圍電路DSP芯片內(nèi)部集成。此板單通道采樣時(shí)間200nS，輸入信號(hào)范圍可通過跳線選擇-5～+5V,0～10V,0～20V，默認(rèn)－5～＋5V。由于前輪轉(zhuǎn)角范圍有限，故跳線選擇0～10V，采樣頻率設(shè)為96HZ。部分程序設(shè)計(jì)過程如下:

　　4.2 后輪轉(zhuǎn)角信號(hào)采集

　　后輪轉(zhuǎn)角信號(hào)由高精度的增量式光電編碼器獲得。它將蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向變?yōu)橄鄳?yīng)的增、減計(jì)數(shù)脈沖，每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生2048個(gè)脈沖，輸出量為一時(shí)鐘信號(hào)和一方向信號(hào)。本文采用DICH0(CAP2)引腳捕捉時(shí)鐘信號(hào)，輸入引腳DICH19(GPIOF12)取得方向信號(hào)。帶光藕的開關(guān)量輸入電路設(shè)計(jì)如圖4，捕獲單元電路DSP芯片內(nèi)部集成。

圖4 輸入電路框圖

　　部分程序設(shè)計(jì)過程如下:

　　4.3 算法設(shè)計(jì)與D/A輸出

　　算法的基本思路是:4WS啟動(dòng)時(shí)，輸入一前輪轉(zhuǎn)角，通過橫擺率反饋，將其與速度相關(guān)的理想橫擺率穩(wěn)態(tài)響應(yīng)增益G0進(jìn)行比較，然后經(jīng)控制器G1控制后輪轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)四輪轉(zhuǎn)向，輸出質(zhì)心側(cè)偏角、橫擺率、側(cè)向加速度用于監(jiān)測(cè)，控制框圖如圖5所示。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓由DSP的比較寄存器產(chǎn)生PWM信號(hào)，在通過D/A 轉(zhuǎn)換電路輸出。本文采用定時(shí)器4產(chǎn)生PWM,由DA4引腳輸出，一級(jí)放大的D/A轉(zhuǎn)換電路如圖6所示。

圖5 控制框圖

圖6 D/A轉(zhuǎn)換電路

　　部分程序設(shè)計(jì)過程如下: