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ABB 3HAB2207-1 DSQC 236D

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单片机与电机控制器采用CAN总线通信，CAN接口采用Philips公司的CAN物理层和链路层接口芯片SJA1000和PCA82C250。单片机直接控制SJA1000的AD0～AD7、ALE、INT引脚。SJA1000工作在Intel模式下，MODE脚接高电平，片选脚CS接地，始终处于选通状态。扩展CAN通信电路如图5所示。单片机对SJA1000的操作主要是对寄存器的操作：一方面，对SJA1000的模式寄存器、命令寄存器、状态寄存器、中断寄存器、中断允许寄存器、总线定时寄存器、输出控制寄存器、时钟分频计数器进行设置和检测；另一方面，对收发缓冲区进行读写，从而和CAN设备交换数据。





3．3 控制系统软件设计

自平衡机器人的控制系统需要实现以下功能：传感器信息处理和机器人姿态信息计算，电机控制PID算法实现和CAN口的数据处理。系统控制流程如图6所示。系统上电后从主函数开始执行。主函数负责初始化控制器的I／O口、CAN口、控制周期定时器、A／D转换器、各个中断接收数据和发送数据模块等。初始化完毕，控制周期定时器时间到后，传感器信息输入到A／D转换器中进行转换，计算机器人的倾倒角度和倾倒角速度；然后调用PID算法计算电机控制数据，并通过CAN口输出给电机驱动器。





3．4 速度PID控制算法

机器人采用经典的PID算法进行平衡控制。控制系统采用典型的双闭环控制结构和前馈控制方法。速度环路设计有利于提高电机输出速度精度。前馈控制主要是为了补偿电机转轴与车轮转动轴以及传动系统的间隙误差，这些误差是稳定的、可以测量的。当电机在正反转变换时，控制系统可以检测到变换方向，经过位置误差环节调整后把确定的偏差补偿量叠加到驱动器输出端。这样电机转动的角度在原理基础上增加了补偿量，机械误差得以修正。
采用PID控制算法公式如下：




其中，u(k)为当前调节器输出量；u(k-1)为上一次调节器输出量；△u(k)为当前控制增量；e(k)为当前控制误差量；Kp为比例系数；KI为积分系数；Kd为微分系数。PID控制算法流程如图7所示。图中，ε为调试过程中设定的误差值。







4 实 验

利用该控制方法，对原理样机进行了多次实验。实验中，在机器人正上方水平位置安装陀螺仪，以采集机器人的倾倒角度数据。实际测量角度信息随时间变化的曲线如图8所示。通过测得数据分析可以看到，机器人大致可以稳定在0°附近，***大偏差为&plu***n;2°。







结 语

本文设计了以ATmage128单片机为控制核心，采用红外测距传感器监控的双轮自平衡机器人，并搭建实验平台进行

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