基于CPLD/DSP的賽車全電防滑剎車控制器設計

2.6 壓力信號放大電路及其調理電路

壓力信號放大器采用差分式實現的減法運算的放大電路,以超低漂移電壓運算放大器為核心,放大倍數為40倍,放大器還配有調零位和靈敏度調節的功能。其中芯片7809為電源芯片7660提供+9V電壓的,芯片7660將+9V的電壓變為-9V,這兩個電壓+9V和-9V同時為OP07供電。

由于從電壓信號放大器出來的電壓信號范圍為+1V~+5V,而DSP的A/D模塊的參考電壓為+3.3v,則采樣的電壓信號的最大值不能超過+3.3V。因此電壓信號要經過調理電路將電壓信號減小到+3.3v以下。調理電路采用精密的運算放大器OPA2344,將電壓信號由+1V~+5V調理到+3V以下,需要設定放大倍數為0.6,以便于DSP進行采樣。

3 控制器軟件設計

本賽車剎車控制器的軟件以C語言為主體,適當的采用匯編語言,這樣的軟件編寫給整個系統軟件帶來了方便。C語言使DSP程序的開發速度加快,而且可讀性和可移植性也大大增加,在TI公司的C2000 Code Composer Studio(CCS)集成開發環境下進行程序調試。由于篇幅限制,此處僅介紹系統程序初始化以及主程序流程。

1、系統程序初始化。系統的程序在運行前,必須對DSP的時鐘源、定時器、看門狗、AD模塊、I/O口、捕獲單元、中斷等等進行初始化設置,使系統的內部資源、外圍設備和硬件電路相匹配。系統在運行前,必須關掉所有的中斷,以防止程序運行時產生不必要的中斷或者程序跑飛等現象。因此在初始化后,系統才啟動中斷,使程序正常運行。

2、系統主程序流程。賽車全電剎車系統的主程序包括程序初始化模塊、定時器中斷服務、模擬量定時采樣模塊、速度信號的捕獲模塊、滑移率控制模塊、壓力調節模塊、電流調節模塊等等。其中,定時器中斷服務程序給電流、壓力、滑移率模塊提供固定的時鐘觸發,以此時間作為各個模塊的調節基準。當程序運行時,首先關斷系統的總中斷,完成初始化,接收到剎車命令后,開啟總中斷,進入程序調節的死循環,直到程序運行結束。電流環調節的時間最短,反映最快,其調節時間長短與電流信號濾波參數、DSP采樣速度、CPU時鐘周期、軟件濾波程序等都有關系,一般時間為零點幾個毫秒。而壓力調節環的時間設定為電流調節環的N倍,電流調節環和壓力調節環的調節次數可以現場測定調節時間而確定,滑移率調節時間更長。系統的主程序流程圖如圖3所示。

4 系統模糊控制策略

模糊控制器是模糊控制在控制系統中應用的關鍵部分,其主要過程為將取到的系統控制回路中被控過程輸出的精確量進行模糊化,并且作為模糊控制器的輸入。模糊控制器的輸入和輸出都是實際的精確量。然后進行模糊推理,在內部建立語言型的模糊控制規則,由輸入條件判斷模糊輸出。最后將模糊量轉化為實際的精確量,即去模糊化。模糊控制器設計的具體過程如下圖4所示。

圖4 模糊控制器原理圖

本文作者創新點

本文主要完成了賽車剎車控制系統的設計,主要是硬件設計、軟件設計和控制策略研究。硬件設計方面采用高速的DSP芯片和CPLD并設計其外圍的電路。系統還設計了以IR2130為核心的驅動電路,電流信號硬件放大電路、濾波電路和保護電路,壓力信號的放大電路和濾波電路,賽車速度和機輪速度的處理電路等等。控制策略方面采用模糊控制調節PID參數。