[发明专利]智能信息共享导向标识柱控制系统

权利要求书

1.智能信息共享导向标识柱控制系统，其特征在于，包括中央控制器、与中央控制器通过CAN总线连接的电机驱动控制器；

所述中央控制器包括第一MCU控制单元、电源管理模块、蓝牙无线通信模块、2.4G无线通信模块、4G无线通信模块、CAN总线接口模块、Flash存储模块、拨码开关、RS232串行总线模块；所述电源管理模块、CAN总线接口模块、Flash存储模块和RS232串行总线模块与第一MCU控制单元连接；所述蓝牙无线通信模块、2.4G无线通信模块和4G无线通信模块与第一MCU控制单元相连；所述拨码开关通过I/O口与第一MCU控制单元相连；

所述电机驱动控制器包括与第一MCU控制单元连接的第二MCU控制单元、电源管理模块、CAN总线通信模块、电机模块、拨码开关、光电限位感应器；所述电源管理模块、CAN总线通信模块与第二MCU控制单元相连；所述电机模块通过I/O口与第二MCU控制单元连接；所述拨码开关通过I/O口与第二MCU控制单元相连；所述光电限位感应器通过光耦隔离后与第二MCU控制单元连接；

所述电机驱动控制器可通过CAN总线串联，由拨码开关进行编号；

由CAN总线构成一个局部网络，并由中央控制器发布指令，各电机驱动控制器实现电机运动并反馈；

电机采用包括如下步骤的方法进行控制：

(1)S曲线算法的脉冲频率表达形式

假设电机加减速的需要的开始脉冲频率和结束脉冲频率相等，并且为f₀；需要达到的最大脉冲频率为f_Max，此时的加速度为频加速度α_f，允许的最大值为α_m，T₁～T₅分别为第一至第五阶段的用时时间；

在0～T₁时间内，f-t曲线为一二次多项式，设如下计算式(1)：

f＝mt²+nt+k (1)，

式(1)中，m,n,k分别为待定系数；

频加速度为脉冲频率关于时间的导数，则有计算式(2)：

α_f＝2mt+n (2)；

取f-t曲线中点(0,f₀)和点取α_f-t曲线中点(0,0)和点(T₁,α_m)带入公式(1)和公式(2)，得：

将α_f-t曲线中点(T₁,α_m)和m,n带入公式(2)，有公式(3)：

则由公式(4)：

故在0～T₁时间内，f-t函数如下式(5)：

采用前述类似推导过程，得到不同时间点PWM输出的脉冲频率值计算公式(6)：

2)加减速曲线的实现

嵌入式伺服电机控制系统加减速曲线的实现主要依靠芯片输出PWM脉冲，在嵌入式系统中，PWM的输出由定时器控制，假设芯片时钟频率为f_MCU，定时器自动重装载的值为arr和时钟预分频值为psc，则PWM的输出脉冲频率f_PWM如下式(7)：

2.1)初始化参数配置

根据实际允许的电机起始转速和最大转速，可以得到f₀和f_Max的计算公式如下式(9)：

式(9)中，v为电机加减速的起始速度或允许的最大速度，r/min；N_{Pus_Per}为电机旋转一圈需要的脉冲数；

计算完成加减速需要的脉冲数N_{Pu_N}，公式如下式(10)：

式(10)中，Δang为给定角度与实际角度的差值，Rate为电机的减速比；

2.2)根据实际情况重新计算最大脉冲频率

根据公式9计算得到f₀和f_Max后，计算得到按最大速度要求需要的脉冲数N_Max，计算公式如下式(11)：

若N_Max＞N_{Pu_N}，说明电机此次加速需要的脉冲数小于按最大速度要求需要的脉冲数，即电机不需要加速到初始化设置的最大速度，此时电机的匀速段总时间T＝0，并且需要重新计算此次加速需要的最大脉冲频率，计算公式如下式(12)：

如果N_Max≤N_{Pu_N}，说明电机此次加速需要加速到初始化设置的最大速度，并且加速到最大速度后会产生一段匀速时间，此时f′_Max＝f_Max，匀速时间T计算公式如下式(13)所示：

2.3)计算各阶段时间

由公式3推导得到各个时间点的计算公式如下式(14所示)：

2.3)加减速控制

假设电机加减速需要达到的最大脉冲频率与电机起始脉冲频率的差值Δf＝f_Max-f₀，通过定时器得到某时刻的时间为t；

通过公式(6)计算得到PWM需要输出的脉冲频率值f后，修改定时器PWM周期和占空比，来控制速度。