本文緊接上文，詳細(xì)講解LPC553x雙伺服電機(jī)控制方案的演示環(huán)境。

4.演示操作

4.1.項(xiàng)目文件結(jié)構(gòu)

項(xiàng)目中源文件(*.c)和頭文件(*.h)的總數(shù)較多。因此，我們只詳細(xì)介紹關(guān)鍵項(xiàng)目文件，其余的將被分組描述。

主工程文件夾分為以下目錄：

oardsdual_servo - 包含硬件板的初始化配置文件。

oardsdual_servoiar - 包含編譯器所需的必要文件。

oardsdual_servomc_drivers - 包含各模塊的驅(qū)動文件。

oardsdual_servomotor_control - 包含電機(jī)控制算法文件和狀態(tài)機(jī)文件。

oardsdual_servoparameter - 包含參數(shù)頭文件和配置文件。

CMSIS - Cortex微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。

deviceLPC55S36 - LPC55S36軟件開發(fā)工具包。

FM_ControlPage - FreeMASTER控制頁面文件。

middlewarefreemaster - FreeMASTER支持文件。

middlewareCM33F_RTCESL_4.6.2_IAR - 實(shí)時(shí)控制嵌入式軟件電機(jī)控制和電源轉(zhuǎn)換庫。

文件夾中的文件：

M1_statemachine.c和M1_statemachine.h包含當(dāng)應(yīng)用程序處于特定狀態(tài)或狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)執(zhí)行的軟件例程。

State_machine.c和state_machine.h包含應(yīng)用程序狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)定義，并管理應(yīng)用程序狀態(tài)和應(yīng)用程序狀態(tài)轉(zhuǎn)換之間的切換。

Motor_structure.c和motor_structure.h包含專門用于執(zhí)行電機(jī)控制算法的結(jié)構(gòu)定義和子程序（矢量控制算法、位置和速度估計(jì)算法、速度控制回路）。

Motor_def.h包含主控和故障結(jié)構(gòu)定義。

4.2電機(jī)參數(shù)

本文中使用的電機(jī)是兩個(gè)無刷直流伺服電機(jī)，帶1000線的正交編碼器。下表提供了電機(jī)的基本參數(shù)：

注：本文中的應(yīng)用參數(shù)（位置、速度和電流控制器）是在電機(jī)軸上安裝有塑料環(huán)的情況下設(shè)置的，使用參數(shù)空軸運(yùn)行可能會出現(xiàn)速度振蕩。

4.3建立雙伺服演示

硬件需求：

LPC55S36-EVK板 REV.B

兩個(gè)FRDM-MC-LVPMSM電機(jī)驅(qū)動板

兩個(gè)24V伺服電機(jī)

一根Micro USB數(shù)據(jù)線

注意：請確保電源適配器在所有步驟之前關(guān)閉。使用FRDM-MC-LVPMSM板為EVK板供電時(shí)，板上的TPS54060 DC-DC轉(zhuǎn)換器會產(chǎn)生電壓毛刺。因此推薦將EVK板上的JP71跳線帽斷開，并使用EVK板上的5V引腳為電機(jī)編碼器供電以獲得更好的效果。

要建立雙伺服演示，請遵循以下步驟：

如圖所示，將LPC55S36-EVK和FRDM-MC-LVPMSM電機(jī)驅(qū)動板通過Arduino接口連接在一起，并連接電機(jī)相線與編碼器接口。

接通24V適配器，為電機(jī)驅(qū)動板供電。

將LPC55S36-EVK與PC間通過USB接口連接。

在軟件包中打開“FM_DualServo.pmp”。（FREEMATER版本不應(yīng)低于3.1.2）

選擇Project->Options，配置串口通信屬性與工程二進(jìn)制文件地址。

點(diǎn)擊GO!按鈕，即可啟用PC與LPC55S36-EVK之間的FreeMASTER通信，如下圖所示。

打開DualServo頁面。

單擊Start按鈕啟用演示。

通過單擊控制頁面上的其他按鈕來操作演示。

4.4參數(shù)配置

如果用戶伺服電機(jī)的參數(shù)與本演示中默認(rèn)電機(jī)的參數(shù)不同，則應(yīng)重新配置參數(shù)以匹配不同的電機(jī)。

打開頭文件M1_Params.h或M2_Params.h，將電機(jī)本體的基本參數(shù)輸入到對應(yīng)的位置。

轉(zhuǎn)速環(huán)、位置環(huán)的PI控制參數(shù)需要在文件中手動輸入并調(diào)試，而電流環(huán)被等效成二階控制系統(tǒng)，可以通過設(shè)置衰減、帶寬頻率的方式自動生成對應(yīng)的PI控制系數(shù)。而轉(zhuǎn)速、電壓的使用IIR濾波器，可以手動輸入濾波器的截止頻率進(jìn)行調(diào)試。具體的控制器、濾波器參數(shù)會由公式計(jì)算得出并在程序運(yùn)行時(shí)賦值到相關(guān)的結(jié)構(gòu)體變量中執(zhí)行。

4.5實(shí)驗(yàn)性能演示

首先，下面所有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是在電機(jī)負(fù)載輕塑料環(huán)的情況下進(jìn)行測試的，并且所有的實(shí)驗(yàn)波形與數(shù)據(jù)都來自FreeMASTER。

上圖顯示了電機(jī)啟動到2500rpm時(shí)的速度和電流波形。

上方的顯示窗口中紅線是速度給定，綠線是電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，下方串口中紅色線是轉(zhuǎn)矩電流給定，藍(lán)線是實(shí)際轉(zhuǎn)矩電流。我們可以看到它可以在0.13s內(nèi)加速到2500轉(zhuǎn)，超調(diào)非常小，而且轉(zhuǎn)矩電流的控制響應(yīng)也很迅速。

上圖顯示了位置給定為10Hz正弦波且運(yùn)動范圍為180°機(jī)械角時(shí)的位置響應(yīng)。我們可以看到轉(zhuǎn)子位置（綠線）可以很好地跟蹤給定值（紅線）的變化，最大誤差（藍(lán)線）約為2°。

上圖中頂部波形顯示速度響應(yīng)，底部波形顯示位置響應(yīng)。紅線是轉(zhuǎn)速與位置給定，綠線是實(shí)際響應(yīng)值，藍(lán)線表示它們之間的誤差。設(shè)置電機(jī)反轉(zhuǎn)180°位置給定的命令后，大約需要0.1秒就能到達(dá)預(yù)定位置。可以看到動態(tài)響應(yīng)的誤差很小，靜態(tài)響應(yīng)也很穩(wěn)定。

如果我們先設(shè)定一個(gè)按照周期性變化的變量x，兩個(gè)電機(jī)的位置給定分別設(shè)置為sin(x)與cos(x)，然后將兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置分別作為橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)，則坐標(biāo)點(diǎn)的理想軌跡會是一個(gè)圓形，圓形的邊沿越平滑意味著位置控制越精準(zhǔn)。在FreeMASTER控制頁面上點(diǎn)擊“X-Y Graph ON”按鍵即可開啟演示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如上圖所示。

4.6CPU負(fù)荷和內(nèi)存使用

以下信息適用于使用IAR Embedded WorkbenchIDE v8.50.9構(gòu)建的演示應(yīng)用程序，優(yōu)化等級為高，開啟Flash cache與預(yù)取指功能。表中顯示內(nèi)存使用和CPU負(fù)荷。內(nèi)存使用是從.map文件(IAR IDE)計(jì)算的，包括在RAM中分配的4KB FreeMASTER記錄器緩沖區(qū)。使用SysTick定時(shí)器測量CPU負(fù)荷。快速環(huán)周期數(shù)是在進(jìn)入ADC中斷后立即使能Systick計(jì)數(shù)器，并在快速環(huán)程序執(zhí)行結(jié)束后停止計(jì)數(shù)，將兩次計(jì)數(shù)器的差值用于計(jì)算CPU負(fù)載。需要注意的是，表中的CPU總負(fù)載一欄顯示的是運(yùn)行一段時(shí)間后統(tǒng)計(jì)的兩個(gè)電機(jī)占用的負(fù)載的最大值之和，反映了最惡劣條件下的運(yùn)行情況。

在此情況下，它適用于16kHz的快環(huán)頻率和2kHz的慢環(huán)（速度和位置環(huán)）頻率。

具體工程代碼實(shí)現(xiàn)和更多詳細(xì)細(xì)節(jié)請參考以下資料：

LPC553x參考手冊：LPC553xRM

應(yīng)用筆記：MCUXpresso SDK 3-Phase PMSM Control(LPC). (3PPMSMCLPCUG)

應(yīng)用筆記：Dual Servo Motor Demo on LPC553x/LPC55S3x

審核編輯：劉清