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IPC測控系統中的直流電動機控制

來源:北京永光高特微電機有限公司作者:李利網址:http://www.fupoqq9.cn瀏覽數:268

   摘要:以PWM發生器和測速裝置的設計為例,陳述子系統硬件設計原則:受控于CPU,但能“脫離”CPU獨立完成規定動作。以直流電動機速度控制和速度曲線繪制這兩個任務為例,敘述子系統工作原理和編程思路:把這兩個任務插入系統的任務隊列中,接受MROS的統一調度,實現多任務并發操作。最后給出任務程序調度流程圖。

1前  言

   直流電動機的控制技術日臻完善,相關資料很多,但基本上都是從單任務的角度來介紹控制技術,而在一個IPC實時測控系統中,直流電動機控制環節往往只是一個子系統,因而應從多任務的角度來設計電路和編制程序。筆者在兩篇文章中談到了實時多任務測控系統中的步進電動機控制問題。在該系統中,還包含一個直流電動機測控子系統。

圖l是該系統中與直流電動機控制有關的硬件部分,下面以此為基礎來說明如何把直流電動機控制電路設計為IPC測控系統的一個子系統,如何把相應的控制程序編制成為多任務實時操作系統MROS管理下的任務程序。系統中的定時/計數模板上有

   圖1  IPC測控系統中的直流電動機控制子系統

2直流電動機控制子系統的設計

2.1適合IPC測控系統的.PWM發生器

   采用PWM方式控制直流電動機。圖2為PWM控制方法的工作示意圖,驅動電壓的頻率相同但波形的寬度不同,或者說是占空比不同。

   在設計PWM發生器時應注意,它必須受控于IPC系統,但又不能“獨占”CPU。因為在IPC測控系統的運行過程中,CPU要處理多個任務,直流電動機的控制只是其中的一個,因此,PWM發生器只能在接受控制信號和調節命令后,就脫離CPU的“關注”而獨立驅動直流電動機,直到新的控制信號和調節命令到來后又在新的條件下獨立驅動直流電動機,這正是本文要強調的設計實時測控子系統時應注意的重要事項。圖l所示的子系統采用8254。作為PWM發生器和測速計數器。8254一旦設定為某一工作方式和裝入計數初值后,即可進行獨立工作而不再占用CPU的時間,這是一個突出的優點,便于我們建立多任務環境。用IPC系統中的定時/計數模板上的8254_2的TO和T1共同提供:PWM信號,即:TD設置為方式2,產生PWM的定時周期T(確定PWM的頻率),T的計數初值越大,頻率越低;T1工作在方式1,確定占空比。對于經反向器輸出的:PWM信號而言,Tl的計數初值越大,占空比越大如圖2所示。這樣的PWM發生器反應快、分辨率高,基本上不占用CPU的時間。

    圖2不同占空比的PWM信號

2.2測速和控制

   用IPC系統中的定時/計數模板上的8254_1的Tl對速度脈沖計數,CPU定時采集速度脈沖并與速度給定值進行比較,得到偏差,經處理后用來修正PWM的占空比以控制轉速,使轉速穩定在規定的數值。8254的GATE控制信號由開入/開出模板上的8255的C口提供。

   8254—1的T2定時產生1 ms的中斷請求信號,通過OUT2加在PC總線的IRQ2上。1 ms的中斷服務程序的主要功能是:判斷整個測控系統中,各個定時任務和周期任務是否應當被喚醒而進入就緒狀態,進而投入運行。

   設速度脈沖采樣周期是n ms,CPU每隔n ms從8254—1的T1讀取速度值,求得偏差,按PID算法得出數據,作為8254_2 T1的新的計數初值送給Tl后,CPU就“脫離”該任務而處理其它工作。8254_2T1自行輸出占空比調整后的PWM信號,調節直流機轉速,如圖3所示。

   圖3直流電動機控制框圖

3直流電動機速度控制任務程序和速度曲線繪制任務程序的設計

   圖1所示系統有多個任務,直流電動機速度控制任務motor()是其中的一個周期任務,即每隔n個ms就運行一次;速度曲線繪制任務pmotor()則是一個人機交互任務,由操作人員按下“m”鍵啟動運行。分別給這兩個任務配置各自的狀態變量并把狀態變量插入IPC測控系統的任務狀態隊列中。每n個ms到,實時時鐘程序就把motor()的狀態變量從睡眠狀態改變成為就緒狀態,任務調度程序就把CPU分配給motor(),完成如圖3所示操作,并在其它任務的畫面中開一個小窗El以顯示速度值和偏差值。當操作人員按下“m”鍵時,即建立起標志pmo-torfl=1。motor()任務在運行過程中發現該標志,即把pmotor()任務置為就緒狀態,然后由調度程序把pmotor()任務程序投入運行,屏幕上切換出動態速度曲線畫面。限于篇幅,僅給出流程圖說明編程要點,如圖4所示。

  圖4任務調度及直流電動機控制子系統任務程序框圖

4結  語

   在實時測控系統中,既要求實時性又要求多任務并發操作,因而設計一個既受控于CPU又不加重CPU的負擔的子系統是非常重要的;而設計這樣的子系統,選用合適的芯片、進行正確的電路設計和遵循正確的編程思路是至關緊要的。

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