我們是否想知道如何設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)速度和位置控制應(yīng)用程序？在這篇文章中，我們將逐步展示如何使用 TI C2000? Piccolo? F2806x InstaSPIN-MOTION?在臺(tái)式測(cè)試設(shè)備（圖 1）上實(shí)現(xiàn)最佳雙軸速度和位置控制LaunchPad開(kāi)發(fā)套件。

圖 1. 15"x15" 臺(tái)式測(cè)試設(shè)備

不到 20 小時(shí)，測(cè)試設(shè)備就畫(huà)出了正方形、三角形和圓形。

圖 2. 臺(tái)式測(cè)試設(shè)備創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的時(shí)間表

第 1 步 - 將伺服電機(jī)連接到 X 和 Y 平臺(tái)

如果我們正在開(kāi)發(fā)多軸應(yīng)用程序，則需要設(shè)計(jì)自己的電路板。我們使用兩個(gè) TI InstaSPIN-MOTION LaunchPad 開(kāi)發(fā)套件邁出了第一步。LaunchPad 包括與兩個(gè) BoosterPack 接口的硬件，每個(gè) BoosterPack 都可以控制一個(gè)電機(jī)，但這樣做的軟件框架仍在最終確定中，并將在未來(lái)版本的MotorWare ? 軟件中發(fā)布。

材料清單：

· 2 個(gè) C2000 Piccolo F2806x InstaSPIN-MOTION LaunchPad 開(kāi)發(fā)套件 ( LAUNCHXL-F28069M )

· 2 個(gè) DRV8301 電機(jī)驅(qū)動(dòng) BoosterPack ( BOOSTXL-DRV8301 )

· 2 帶編碼器的低壓伺服電機(jī) ( LVSERVOMTR )

· MotorWare軟件

我們使用 InstaSPIN-MOTION Position Plan Component 來(lái)創(chuàng)建和執(zhí)行 X 軸和 Y 軸的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。使用兩個(gè) LaunchPad 開(kāi)發(fā)套件時(shí)，位置計(jì)劃通過(guò) GPIO 進(jìn)行通信，這會(huì)引入少量延遲。當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)自己的電路板時(shí)，我們仍將運(yùn)行兩個(gè) Plan 組件，但它們將通過(guò)變量而不是通過(guò) GPIO 進(jìn)行通信，這將產(chǎn)生更精確的開(kāi)始。此外，我們將能夠通過(guò)單個(gè) TI C2000 Piccolo TMS320F28069M 微控制器控制兩個(gè)軸，這可以節(jié)省大量成本。

第 2 步 - 確定每個(gè)軸的系統(tǒng)慣量

慣性包括剛性耦合到電機(jī)軸的任何東西。它包括任何直接隨電機(jī)移動(dòng)的東西。對(duì)于 CNC 測(cè)試設(shè)備，X 軸與 Y 軸具有不同且獨(dú)立的慣性。

我們使用 InstaSPIN-MOTION 速度識(shí)別組件來(lái)識(shí)別慣性。我們?cè)O(shè)置每個(gè)階段，使其具有整個(gè)正向運(yùn)動(dòng)范圍，因?yàn)閼T性識(shí)別始終使電機(jī)沿正向旋轉(zhuǎn)。然后我們使用了 InstaSPIN-MOTION MotorWare Lab 12a 軟件，該軟件識(shí)別了慣性和摩擦。慣性值是 InstaSPIN-MOTION 位置控制器的輸入，它使用它來(lái)提供適當(dāng)?shù)呐ぞ匾允箲?yīng)用程序移動(dòng)。

這是 X 軸慣性識(shí)別過(guò)程的快速視頻。它移動(dòng)得很快，所以請(qǐng)仔細(xì)觀察！

第 3 步 – 調(diào)整控制器

使用稱(chēng)為帶寬的單一增益同時(shí)調(diào)整速度和位置。每個(gè)軸都是獨(dú)立調(diào)整的。調(diào)整過(guò)程簡(jiǎn)單明了。使用 MotorWare Lab 13a 軟件，我們調(diào)整了帶寬，注入了干擾并評(píng)估了位置保持。重復(fù)此過(guò)程，直到系統(tǒng)受到干擾時(shí)軸在 0 速度下表現(xiàn)出良好的保持位置。我們將初始帶寬設(shè)置為 10 rad/s，然后手動(dòng)注入干擾。在此設(shè)置下，手臂很容易移動(dòng)。隨著我們?cè)黾訋挘苿?dòng)軸變得更加困難。在 40 rad/s 時(shí)，測(cè)試設(shè)備工作臺(tái)的 X 軸很好地保持了該位置。

這是調(diào)整過(guò)程的視頻。

第 4 步 – 優(yōu)化加速和加加速度

然后我們著手優(yōu)化加速度和加加速度（加加速度是加速度的變化率）。梯形曲線(xiàn)用于優(yōu)化加速度，因?yàn)樵撉€(xiàn)忽略了加加速度。當(dāng)加速度緩慢增加時(shí)，每個(gè)軸都被命令來(lái)回移動(dòng)。最佳加速發(fā)生在電機(jī)未能達(dá)到指令值之前。

一旦我們找到最佳加速度，我們就使用具有連續(xù)加加速度的 st 曲線(xiàn)優(yōu)化加加速度。調(diào)整了加加速度，使測(cè)試設(shè)備能夠以非常高的可靠性平穩(wěn)啟動(dòng)和停止。

第 5 步 – 創(chuàng)建方形運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)

讓測(cè)試設(shè)備畫(huà)一個(gè)正方形很容易——一次只移動(dòng)一個(gè)軸。為每個(gè)軸創(chuàng)建了一個(gè)位置計(jì)劃。在我們的配置中，X 軸是主軸。X 軸平面圖發(fā)出 Y 軸開(kāi)始移動(dòng)的信號(hào)。Y 軸計(jì)劃在其移動(dòng)完成時(shí)發(fā)出 X 信號(hào)。

圖 3. 創(chuàng)建方形運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)

第 6 步 – 創(chuàng)建三角運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)

畫(huà)一個(gè)三角形更難。必須協(xié)調(diào) X 軸和 Y 軸才能繪制傾斜的側(cè)面。需要進(jìn)行一些計(jì)算來(lái)生成每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃，使用以下公式：

Vel = d位置步長(zhǎng)/t

Vel = 速度

d = 距離

t = 時(shí)間

每個(gè)軸都需要同時(shí)完成移動(dòng)，因此：

t x =t y

行進(jìn)距離 (d position_step ) 是已知的。通過(guò)固定 X 軸的速度，這給了我們一個(gè)已知的時(shí)間 (t x )，并且我們能夠從那里計(jì)算 Y 軸的速度 (Vel y )。

圖 4. 創(chuàng)建三角運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)

第 7 步 – 創(chuàng)建圓周運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)

圓周運(yùn)動(dòng)輪廓是三種形狀中最復(fù)雜的。我們?cè)谶@個(gè)上作弊了一點(diǎn)。實(shí)際形狀是一個(gè) 32 邊的多邊形。它近似于一個(gè)圓，但計(jì)算量較小。我們使用 Matlab 來(lái)計(jì)算 X 和 Y 軸的位置。從那里開(kāi)始，我們使用與三角形運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)相同的程序來(lái)確保每個(gè) X 和 Y 運(yùn)動(dòng)同時(shí)結(jié)束。

圖 5. 創(chuàng)建圓周運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)

觀看已完成項(xiàng)目的視頻。