基于CAN总线的分布式位置伺服系统设计

文章摘要：3.1 PLC控制程序系统选用的PLC的软件开发环境是CoDeSys,它是德国3S公司开发的一种可视化PLC编程环境,支持IEC11311-3标准的指令表、梯形图、功能模块图、顺序流程图、结构化文本、连续功能图等6种编程语言，用户可在同1个项目中选择不同的语言编写程序。CoDeSys以工程文件的形式组织程序的各个对象。1个工程文件包含PLC程序里的所有对象：POUs（Program Organization Units）、数据类型和资源。1个POUs包括主程序（PLC_PRG）、子程序（PRG）、功能块（FB）、函数（FUN）及语句，其中主程序必须命名为PLC_PRG。子程序可以调用函数和功能

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　　3.1 PLC控制程序

　　系统选用的PLC的软件开发环境是CoDeSys,它是德国3S公司开发的一种可视化PLC编程环境,支持IEC11311-3标准的指令表、梯形图、功能模块图、顺序流程图、结构化文本、连续功能图等6种编程语言，用户可在同1个项目中选择不同的语言编写程序。CoDeSys以工程文件的形式组织程序的各个对象。1个工程文件包含PLC程序里的所有对象：POUs（Program Organization Units）、数据类型和资源。1个POUs包括主程序（PLC_PRG）、子程序（PRG）、功能块（FB）、函数（FUN）及语句，其中主程序必须命名为PLC_PRG。子程序可以调用函数和功能块，但函数和功能块不能调用子程序，且当程序在线运行时，子程序中的中间变量值是可视的。另外，CoDeSys还具有丰富的库文件资源，编程过程中可以灵活调用，大大节省了软件开发时间。

　　根据CoDeSys程序编写的特点，系统的PLC程序是用结构化文本语言编写的。程序的主要功能是把由AI口输入的油门控制脚踏板的模拟电压进行一定调理后通过CAN总线发送给各个被控节点，并从CAN总线上接收各节点的状态信息，进行判断后对操作人员给出提示或报警信号。PLC的CAN总线通信初始化的主要设置有：波特率等相关参数、报文滤波参数、创建接收报文的数据缓存区等，这些设置都可以直接调用CAN2.0的库函数实现，十分方便。PLC在发送数据时，调用库函数CAN_IITX（），设置ID、DLC等参数，把数据打包给每帧数据段的相应字节即可；接收数据时，需要先调用库函数CAN_II_GET_MSG（）创建接收数据缓存区，设置OBJ、ID等参数(OBJ是缓存初始化序号， ID是接收数据的标识符)，实现报文过滤。然后调用库函数GET_MSG（），其参数MESSAGE必须与缓存区初始化序号OBJ相等，才能读入相应缓存区的数据。函数GET_MSG（）读数据是分字节读取的，可以很容易实现数据的字节操作和位操作，可为数据的计算和处理提供方便。顺序循环执行PLC程序，本系统设计的循环周期为10 ms，可以满足控制系统实时性的要求。

　　3.2 单片机程序

　　单片机的主程序流程如图3所示，包括单片机与82527的初始化程序和各子程序。对反复执行的程序段利用主程序调用子程序的方式实现。子程序主要有闭环控制子程序、故障处理子程序和参数修改子程序[6]。

　　系统的闭环控制采用的是Bang-Bang算法。该算法是一种时间最优控制，且算法简单，便于单片机实现，又能满足系统控制精度的要求。设精度允许的推杆位置误差带为[-Δ1,Δ2]，当前偏差为e(t)，-Δ1≤e(t)≤Δ2时，可认为推杆当前位置即为给定要求的位置。若把控制量u(t)归一化处理，则此算法可以表示为：

　　由于伺服电机正转和反转时推杆运动的惯性不同，所以正、反向最大误差允许值Δ2和Δ1一般是不相等的。图4是Bang-Bang算法子程序流图。

　　故障处理程序处理的故障包括CAN通信中断故障、位置反馈断线故障、电机堵转故障等，通过对这些故障的自动处理或给出提示信息提高了系统的可靠性。控制器在不同场合使用时，对一些参数的要求也不相同，如控制器CAN报文的ID、通信波特率、控制死区、位置标定等参数的值都可以通过CAN总线报文进行人工修改。本设计选用的X5045芯片带有512字节的E2PROM，可由单片机对其存储空间进行串行读写，因此，X5045芯片除了实现单片机的上电复位和看门狗功能外，还可把需要进行修改的参数存放在其E2PROM空间中。对故障处理和参数修改子程序的具体编写这里不再详述。

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