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浅谈基于STM32和LM629的伺服控制系统设计

来源:《数字技术与应用》 编辑:张晓亚 王雁平  时间:2018-08-15

摘要:本文主要介绍基于STM32和LM629的伺服控制模块设计,简述了该系统的整体设计方案。所设计的系统在整体上有比较高的精度,并且稳定性比较好,综合设计性能比较好,实时性比较高。

关键词:STM32;伺服控制系统;L298N;LM629

中图分类号:TP273;TM383.4 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2018)04-0009-02

机械手关节是机器人的主要部件,其每一个关节能否完成准确的动作是至关重要的。本文主要是讲控制机器手关节的一个重要的结构——伺服控制模块。整个系统主要是采用STM32和LM629实现的,能够很好的提高系统响应速度,减小误差,最终能够达到预期精确的位置控制。

1 伺服控制系统的工作原理

如图1所示,本文设计的伺服控制模块的硬件部分包括:能够显示实时数据的显示模块、能够输入数据的键盘模块、核心控制单元STM32及能够给其提供的时钟脉冲模块、专门针对运动控制的LM629芯片[1]以及电机驱动模块L298N等等。

该伺服控制模块的采用的是STM32作为主处理器,主要统筹安排整个系统地运行工作。该芯片可以和LM629进行数据通信,能够实时控制LM629,并且LM629可以根据键盘输入模块所输入的数据参数对电机的速度、加速度及位置进行实时的控制。电机驱动模块L298N受专门的运动控制芯片LM629的控制,而L298N通过增量式光电编码器将电机的运动状态和各种参数进行数字化处理,反馈给LM629,这样就构成了一个闭环控制系统,LM629可以能够很好的完成对电机的控制。

2 主处理器

主处理器采用的是STM32F407ZGT6,该芯片的配置非常“强悍”,有112個通用输入/输出口,192KB的SRAM,1024KB的FLASH,12个16位的定时器及两个32位的定时器,2个CAN总线接口,2个DMA控制器(16通道),3个12位ADC和2个12位DAC,2个全双工I2是,3个I2C,一个摄像头接口和一个硬件随机数生成器等等。

3 LM629的工作原理

LM629是一专门用于电机运动控制的芯片[2],主要包括用于暂时存放位置、加速度及速度信号数据的32寄存器,并且可以根据电机运动期间反馈的具体参数进行改变;16位PID可编程数字滤波器及宽度为8位的PWM输出信号接口;速度梯形发生器;增量式编码器接口以及实时可编程主机中断发生器等等。

如图2所示,LM629通过接口与主处理器进行数据通信,主处理器把控制电机的具体参数发送给PID控制器,并且可以把设定好的运动位置参数传送给位置发生器。PID控制器经过信号处理,把主处理器设定的PID参数进一步传送给电机驱动模块L298N,然后再由L298N控制电机。增量式光电编码器把电机运行状态的信息通过LM629的增量式编码器接口传送给LM629的位置反馈处理器[3],并进一步进行处理,其中包括电机的具体位置、速度等信息。这样LM629就构成了一个完整的闭环控制系统,LM629的目标就是就是能够实时跟随位置生成器中设定的目标参数,最终完成主处理器对电机的控制。

4 L298N工作原理

L298N是控制模块与电机之间的一驱动模块, 内部含有4通道逻辑驱动电路。内含有2个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器,能够接受TTL逻辑电平信号,可驱动46V、2A以下的电机。对电机电压控制方式有两种:开关性驱动方式在线性放大驱动方式和线性放大驱动方式。L298N采用的是开放性驱动方式,通过脉冲调制(PWM)来控制电动机的电压,从而实现电机转速的控制。

5 伺服控制系统的软件设计

如图3所示,伺服控制系统在软件设计中的结构框图,主要包括初始化和对系统中各个参数的设定的。

5.1 初始化

初始化主要是将STM32的输入输出端口初始化和显示屏初始化,以便等待从外围设备输入的各种控制电机的初始参数及显示屏能够显示电机的实时参数。

5.2 系统参数的设定及实施

通过键盘可以把设定电机的各个参数输入到主处理器,系统可以通过SRAM读入系统,经过LM629进行数据处理,传送给电机驱动模块L298N对电机进行实时控制。

6 结语

本文设计了基于STM32 和LM629构成的伺服控制系统,有着完整的硬件控制结构和软件程序设计,并且也应用到实际当中,经试验验证,器结构简单,控制精度高,实时性比较好,可扩展性比较强,稳定性比较好。

参考文献

[1]王华,王立权.电机专用控制器LM629的应用研究[J].电子器件,2005,28(2):330-333.

[2]廉春原,张永春,王雁平.基于LM629的机械手关节电机控制器设计[J].湘潭大学自然科学学报,2014,36(4):104-109.

[3]王华,孟庆鑫,王立权,谭颖.基于LM629的位置伺服控制模块的设计与研究[J].控制与监测,2005,(2):83-84.

标签: 数控技术

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