基于16\32位DSP機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（普通高等教育十一五國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材）

第0章  機(jī)器人學(xué)的發(fā)展和相關(guān)機(jī)器人系統(tǒng)介紹    1
0.1  機(jī)器人學(xué)的發(fā)展概述    1
0.2  機(jī)器人研究的熱點(diǎn)和內(nèi)容    2
0.2.1  機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    2
0.2.2  體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    2
0.2.3  多機(jī)器人系統(tǒng)的研究    3
0.2.4  機(jī)器人的傳感器和傳感器信息融合    4
0.2.5  機(jī)器人的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)    5
0.3  足球機(jī)器人簡(jiǎn)介    6
0.3.1  足球機(jī)器人主要組成部分    6
0.3.2  研究足球機(jī)器人的意義    8
0.4  自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)簡(jiǎn)介    9
0.5  倒立擺機(jī)器人系統(tǒng)概述    10
第1部分  基礎(chǔ)理論
第1章  DSP概述    12
1.1  DSP的特點(diǎn)    12
1.2  TI公司的DSP產(chǎn)品    14
第2章  TMS320LF240x概述    17
2.1  TMS320C2000系列DSP概況    17
2.2  TMS320LF240x芯片特點(diǎn)    17
2.3  TMS320LF240x DSP的PGE封裝圖和CPU控制器功能結(jié)構(gòu)圖    18
2.4  TMS320LF240x DSP引腳功能    21
2.5  TMS320LF240x DSP存儲(chǔ)器映射圖    27
2.6  TMS320LF240x DSP外設(shè)存儲(chǔ)器映射圖    30
2.7  TMS320LF240x的存儲(chǔ)器和IO空間    31
2.7.1  程序存儲(chǔ)器    31
2.7.2  數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器    32
2.7.3  I/O空間    34
第3章  TMS320LF240x DSP內(nèi)部資源    35
3.1  TMS320LF240x DSP的CPU功能模塊    35
3.1.1  狀態(tài)寄存器ST0和ST1    38
3.1.2  輸入定標(biāo)移位器    40
3.1.3  乘法器    41
3.1.4  中央算術(shù)邏輯部分    42
3.1.5  輔助寄存器算術(shù)單元（ARAU）    43
3.2  系統(tǒng)配置和中斷    45
3.2.1  系統(tǒng)配置寄存器    47
3.2.2  中斷優(yōu)先級(jí)和中斷向量表    51
3.2.3  外設(shè)中斷擴(kuò)展控制器（PIE）    54
3.2.4  中斷向量    56
3.2.5  中斷響應(yīng)的流程    57
3.2.6  中斷響應(yīng)的延時(shí)    58
3.2.7  CPU中斷寄存器    58
3.2.8  外設(shè)中斷寄存器    61
3.2.9  復(fù)位    67
3.2.10  無(wú)效地址檢測(cè)    67
3.2.11  外部中斷控制寄存器    67
3.3  程序控制    69
3.3.1  程序地址的產(chǎn)生    69
3.3.2  流水線操作    72
3.3.3  轉(zhuǎn)移、調(diào)用和返回    73
3.3.4  條件轉(zhuǎn)移、調(diào)用和返回    74
3.3.5  重復(fù)單條指令    76
第4章  TMS320C28x系列概述    77
4.1  TMS320C28x系列芯片的性能    77
4.2  TMS320F28x系列DSP的引腳及其功能    79
4.3  C28x系列DSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)    92
第5章  C28x系列DSP內(nèi)部資源介紹    98
5.1  中央處理器單元CPU    98
5.1.1  CPU的邏輯圖及特性    99
5.1.2  CPU的結(jié)構(gòu)及其總線    100
5.1.3  CPU的寄存器    101
5.2  時(shí)鐘和系統(tǒng)控制    106
5.2.1  時(shí)鐘信號(hào)和控制寄存器    106
5.2.2  振蕩器OSC和鎖相環(huán)PLL時(shí)鐘模塊    107
5.2.3  低功耗方式模塊    109
5.2.4  看門(mén)狗模塊    110
5.3  CPU的中斷系統(tǒng)和復(fù)位    110
5.3.1  CPU中斷向量和優(yōu)先級(jí)    112
5.3.2  CPU中斷寄存器    113
5.3.3  可屏蔽中斷處理的標(biāo)準(zhǔn)操作流程    113
5.3.4   不可屏蔽中斷    114
5.4  片內(nèi)外設(shè)的中斷擴(kuò)展（PIE）    115
5.4.1  向量映射    116
5.4.2  從外設(shè)到CPU的多通道中斷請(qǐng)求流程    118
5.4.3  PIE向量表    118
5.5  32位CPU定時(shí)器0/1/2    125
5.5.1  CPU定時(shí)器的寄存器    126
第6章  C語(yǔ)言程序編寫(xiě)和調(diào)試環(huán)境    131
6.1  TMS320C2x/C2xx/C5x C編譯器概述    131
6.2  TMC320C2x/C2xx/C5x C編譯器環(huán)境    132
6.2.1  主要菜單及功能介紹    134
6.2.2  工作窗口區(qū)    137
6.2.3  利用TMC320C2x/C2xx/C5x C編譯器開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序    139
6.2.4  頭文件和命令文件示例    142
第2部分  RoboCup小型組機(jī)器人
第7章  RoboCup簡(jiǎn)介    151
7.1  機(jī)器人足球比賽的起源和類(lèi)型    151
7.2  小型組比賽    152
7.3  國(guó)內(nèi)外的相關(guān)進(jìn)展    153
7.3.1  國(guó)際領(lǐng)先隊(duì)伍介紹    153
7.3.2  國(guó)內(nèi)參賽隊(duì)伍介紹    154
7.4  小型組比賽系統(tǒng)    155
7.4.1  系統(tǒng)組成及其相互關(guān)系    155
7.4.2  視覺(jué)子系統(tǒng)    155
7.4.3  決策子系統(tǒng)    156
7.4.4  無(wú)線通信子系統(tǒng)    157
7.4.5  機(jī)器人車(chē)體子系統(tǒng)    159
第8章  底層系統(tǒng)設(shè)計(jì)    160
8.1  研究的出發(fā)點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)    160
8.2  機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)概況    161
8.3  電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)概況    164
第9章  機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)    166
9.1  機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)流程    166
9.2  設(shè)計(jì)目標(biāo)    166
9.3  運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)    167
9.3.1  輪子的設(shè)計(jì)思想    167
9.3.2  輪子布局    171
9.4  球處理機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)    176
9.4.1  帶球機(jī)構(gòu)    176
9.4.2  擊球機(jī)構(gòu)    179
9.4.3  挑球機(jī)構(gòu)    181
第10章  電路系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)    185
10.1  電路系統(tǒng)總述    185
10.2  主控芯片的性能與工作方式    187
10.2.1  TMS320F2812    187
10.2.2  HCTL2000    188
10.3  通信系統(tǒng)    192
10.3.1  通信結(jié)構(gòu)    193
10.3.2  nRF2401    193
10.3.3  異步串行通信芯片ST16C550    194
10.4  各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)與控制電路    198
10.4.1  帶球機(jī)構(gòu)    198
10.4.2  運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)    199
10.4.3  擊球和挑球機(jī)構(gòu)    201
10.5  傳感器電路設(shè)計(jì)    203
10.5.1  球檢測(cè)電路    203
10.5.2  車(chē)體姿態(tài)傳感器    204
10.5.3  ADXL210JE    205
10.5.4  ADXRS300    208
10.6  輔助電路    213
10.6.1  74HC595    213
10.6.2  EEPROM    217
第11章  控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)    230
11.1  控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介    230
11.2  指令信息的接收與處理    230
11.3  機(jī)構(gòu)控制    236
11.3.1  帶球機(jī)構(gòu)    236
11.3.2  擊、挑球機(jī)構(gòu)    237
11.4  異常預(yù)防與處理    238
11.5  軟件實(shí)現(xiàn)    240
第12章  運(yùn)動(dòng)控制    242
12.1  綜述    242
12.2  基于動(dòng)力學(xué)模型的實(shí)時(shí)次優(yōu)軌跡生成算法    243
12.2.1  建模    243
12.2.2  輸入域的解耦和分離    245
12.2.3  基于bang-bang控制的軌跡生成算法    247
12.2.4  軌跡同步    249
12.2.5  結(jié)果    250
12.3  底層運(yùn)動(dòng)控制    253
12.3.1  基于數(shù)字PI算法的電機(jī)調(diào)速    253
12.3.2  針對(duì)扭矩控制的改進(jìn)數(shù)字PI算法    255
12.3.3  基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的參數(shù)整定方法    257
第3部分  自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)
第13章  概述    260
13.1  自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)及其設(shè)計(jì)流程    260
13.1.1  自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)    260
13.1.2  自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)設(shè)計(jì)流程    261
第14章  系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析    263
14.1  力學(xué)分析    263
14.1.1  建立坐標(biāo)系    263
14.1.2  系統(tǒng)模型參數(shù)    263
14.1.3  系統(tǒng)速度    264
14.1.4  系統(tǒng)動(dòng)能的計(jì)算    265
14.1.5  系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程    267
14.2  系統(tǒng)參數(shù)的測(cè)量    270
14.2.1  理論基礎(chǔ)    270
14.2.2  硬件電路工作原理    271
14.2.3  參數(shù)測(cè)量    273
第15章  硬件設(shè)計(jì)    276
15.1  總體設(shè)計(jì)    276
15.2  DSP TMS320LF2407A    277
15.2.1  TMS320LF240xA概述    277
15.2.2  TMS320LF2407A    279
15.3  擺桿角度的測(cè)量    280
15.3.1  傳感器簡(jiǎn)介    280
15.3.2  傾角傳感器    281
15.4  擺桿角速度的測(cè)量    284
15.4.1  微型固態(tài)陀螺MEMS角速度傳感器    284
15.4.2  ENC-03JA角速度傳感器    286
15.5  左右輪角速度的測(cè)量    288
15.5.1  E6B編碼器    288
15.5.2  碼盤(pán)信號(hào)檢測(cè)    290
15.6  電源和系統(tǒng)狀態(tài)指示    291
15.6.1  電源    291
15.6.2  系統(tǒng)狀態(tài)指示    292
15.7  功放電路    292
15.7.1  功率MOSFET簡(jiǎn)介    292
15.7.2  驅(qū)動(dòng)電路    294
第16章  系統(tǒng)調(diào)試、仿真平臺(tái)    296
16.1  TMS320LF2407A與PC機(jī)的串行通信    296
16.1.1  TMS320LF2407A的串行通信接口    296
16.1.2  電平轉(zhuǎn)換電路    300
16.1.3  PC端監(jiān)控軟件    301
16.2  TMS320LF2407A與PC機(jī)的無(wú)線通信    303
16.2.1  nRF2401簡(jiǎn)介    304
16.2.2  nRF2401在自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)調(diào)試平臺(tái)中的應(yīng)用    306
16.3  PC端分析、仿真軟件——MATLAB    308
第17章  線性系統(tǒng)理論在自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)中的應(yīng)用    310
17.1  理論基礎(chǔ)    310
17.2  幾個(gè)重要的MATLAB函數(shù)    312
17.3  自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)狀態(tài)空間模型    313
17.4  自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)載人時(shí)的狀態(tài)反饋控制    315
17.4.1  系統(tǒng)狀態(tài)方程、能控性    315
17.4.2  第一種情況    316
17.4.3  第二種情況    318
17.4.4  第三種情況    320
17.4.5  三種情況的分析    322
第4部分  旋轉(zhuǎn)式倒立擺
第18章  倒立擺系統(tǒng)概述    324
18.1  倒立擺的基本概念    324
18.2  常見(jiàn)的倒立擺    325
第19章  硬件設(shè)計(jì)    328
19.1  系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案    328
19.1.1  旋轉(zhuǎn)式倒立擺總體結(jié)構(gòu)    328
19.1.2  倒立擺系統(tǒng)工作原理    329
19.2  機(jī)械設(shè)計(jì)    330
19.3  DSP控制器    331
19.4  DSP的電源供電及時(shí)鐘選擇    335
19.4.1  供電方案    335
19.4.2  DSP的時(shí)鐘選擇    336
19.5  復(fù)位電路及MAX706    337
19.6  通信接口    339
19.7  角位移傳感器    340
19.8  無(wú)刷直流電機(jī)及控制電路    341
19.8.1  無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理    341
19.8.2  使用dq變換求取無(wú)刷直流力矩電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型    343
19.8.3  無(wú)刷直流力矩電機(jī)系統(tǒng)的函數(shù)    344
19.8.4  無(wú)刷直流電機(jī)的力矩波動(dòng)    345
19.8.5  電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)    346
第20章  軟件設(shè)計(jì)    352
20.1  DSP程序總體設(shè)計(jì)與流程圖    352
20.2  DSP中斷服務(wù)子程序、寄存器    353
20.2.1  初始化子程序    353
20.2.2  脈寬調(diào)制控制輸出子程序初始化    355
20.2.3  串口通信子程序    355
20.2.4  采樣子程序    356
20.2.5  控制計(jì)算子程序    357
20.3  PC軟件設(shè)計(jì)    357
第21章  模型分析與控制算法設(shè)計(jì)    361
21.1  倒立擺模型分析    361
21.1.1  模型分析    361
21.1.2  試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算    363
21.2  基于狀態(tài)反饋的帶觀測(cè)器的倒立控制    364
21.3  基于能量分析的擺起控制    368
21.3.1  擺起控制的實(shí)現(xiàn)方法    368
21.3.2  “擺起－倒立”控制效果    369目    錄
第0章  機(jī)器人學(xué)的發(fā)展和相關(guān)機(jī)器人系統(tǒng)介紹    1
0.1  機(jī)器人學(xué)的發(fā)展概述    1
0.2  機(jī)器人研究的熱點(diǎn)和內(nèi)容    2
0.2.1  機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    2
0.2.2  體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    2
0.2.3  多機(jī)器人系統(tǒng)的研究    3
0.2.4  機(jī)器人的傳感器和傳感器信息融合    4
0.2.5  機(jī)器人的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)    5
0.3  足球機(jī)器人簡(jiǎn)介    6
0.3.1  足球機(jī)器人主要組成部分    6
0.3.2  研究足球機(jī)器人的意義    8
0.4  自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)簡(jiǎn)介    9
0.5  倒立擺機(jī)器人系統(tǒng)概述    10
第1部分  基礎(chǔ)理論
第1章  DSP概述    12
1.1  DSP的特點(diǎn)    12
1.2  TI公司的DSP產(chǎn)品    14
第2章  TMS320LF240x概述    17
2.1  TMS320C2000系列DSP概況    17
2.2  TMS320LF240x芯片特點(diǎn)    17
2.3  TMS320LF240x DSP的PGE封裝圖和CPU控制器功能結(jié)構(gòu)圖    18
2.4  TMS320LF240x DSP引腳功能    21
2.5  TMS320LF240x DSP存儲(chǔ)器映射圖    27
2.6  TMS320LF240x DSP外設(shè)存儲(chǔ)器映射圖    30
2.7  TMS320LF240x的存儲(chǔ)器和IO空間    31
2.7.1  程序存儲(chǔ)器    31
2.7.2  數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器    32
2.7.3  I/O空間    34
第3章  TMS320LF240x DSP內(nèi)部資源    35
3.1  TMS320LF240x DSP的CPU功能模塊    35
3.1.1  狀態(tài)寄存器ST0和ST1    38
3.1.2  輸入定標(biāo)移位器    40
3.1.3  乘法器    41
3.1.4  中央算術(shù)邏輯部分    42
3.1.5  輔助寄存器算術(shù)單元（ARAU）    43
3.2  系統(tǒng)配置和中斷    45
3.2.1  系統(tǒng)配置寄存器    47
3.2.2  中斷優(yōu)先級(jí)和中斷向量表    51
3.2.3  外設(shè)中斷擴(kuò)展控制器（PIE）    54
3.2.4  中斷向量    56
3.2.5  中斷響應(yīng)的流程    57
3.2.6  中斷響應(yīng)的延時(shí)    58
3.2.7  CPU中斷寄存器    58
3.2.8  外設(shè)中斷寄存器    61
3.2.9  復(fù)位    67
3.2.10  無(wú)效地址檢測(cè)    67
3.2.11  外部中斷控制寄存器    67
3.3  程序控制    69
3.3.1  程序地址的產(chǎn)生    69
3.3.2  流水線操作    72
3.3.3  轉(zhuǎn)移、調(diào)用和返回    73
3.3.4  條件轉(zhuǎn)移、調(diào)用和返回    74
3.3.5  重復(fù)單條指令    76
第4章  TMS320C28x系列概述    77
4.1  TMS320C28x系列芯片的性能    77
4.2  TMS320F28x系列DSP的引腳及其功能    79
4.3  C28x系列DSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)    92
第5章  C28x系列DSP內(nèi)部資源介紹    98
5.1  中央處理器單元CPU    98
5.1.1  CPU的邏輯圖及特性    99
5.1.2  CPU的結(jié)構(gòu)及其總線    100
5.1.3  CPU的寄存器    101
5.2  時(shí)鐘和系統(tǒng)控制    106
5.2.1  時(shí)鐘信號(hào)和控制寄存器    106
5.2.2  振蕩器OSC和鎖相環(huán)PLL時(shí)鐘模塊    107
5.2.3  低功耗方式模塊    109
5.2.4  看門(mén)狗模塊    110
5.3  CPU的中斷系統(tǒng)和復(fù)位    110
5.3.1  CPU中斷向量和優(yōu)先級(jí)    112
5.3.2  CPU中斷寄存器    113
5.3.3  可屏蔽中斷處理的標(biāo)準(zhǔn)操作流程    113
5.3.4   不可屏蔽中斷    114
5.4  片內(nèi)外設(shè)的中斷擴(kuò)展（PIE）    115
5.4.1  向量映射    116
5.4.2  從外設(shè)到CPU的多通道中斷請(qǐng)求流程    118
5.4.3  PIE向量表    118
5.5  32位CPU定時(shí)器0/1/2    125
5.5.1  CPU定時(shí)器的寄存器    126
第6章  C語(yǔ)言程序編寫(xiě)和調(diào)試環(huán)境    131
6.1  TMS320C2x/C2xx/C5x C編譯器概述    131
6.2  TMC320C2x/C2xx/C5x C編譯器環(huán)境    132
6.2.1  主要菜單及功能介紹    134
6.2.2  工作窗口區(qū)    137
6.2.3  利用TMC320C2x/C2xx/C5x C編譯器開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序    139
6.2.4  頭文件和命令文件示例    142
第2部分  RoboCup小型組機(jī)器人
第7章  RoboCup簡(jiǎn)介    151
7.1  機(jī)器人足球比賽的起源和類(lèi)型    151
7.2  小型組比賽    152
7.3  國(guó)內(nèi)外的相關(guān)進(jìn)展    153
7.3.1  國(guó)際領(lǐng)先隊(duì)伍介紹    153
7.3.2  國(guó)內(nèi)參賽隊(duì)伍介紹    154
7.4  小型組比賽系統(tǒng)    155
7.4.1  系統(tǒng)組成及其相互關(guān)系    155
7.4.2  視覺(jué)子系統(tǒng)    155
7.4.3  決策子系統(tǒng)    156
7.4.4  無(wú)線通信子系統(tǒng)    157
7.4.5  機(jī)器人車(chē)體子系統(tǒng)    159
第8章  底層系統(tǒng)設(shè)計(jì)    160
8.1  研究的出發(fā)點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)    160
8.2  機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)概況    161
8.3  電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)概況    164
第9章  機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)    166
9.1  機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)流程    166
9.2  設(shè)計(jì)目標(biāo)    166
9.3  運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)    167
9.3.1  輪子的設(shè)計(jì)思想    167
9.3.2  輪子布局    171
9.4  球處理機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)    176
9.4.1  帶球機(jī)構(gòu)    176
9.4.2  擊球機(jī)構(gòu)    179
9.4.3  挑球機(jī)構(gòu)    181
第10章  電路系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)    185
10.1  電路系統(tǒng)總述    185
10.2  主控芯片的性能與工作方式    187
10.2.1  TMS320F2812    187
10.2.2  HCTL2000    188
10.3  通信系統(tǒng)    192
10.3.1  通信結(jié)構(gòu)    193
10.3.2  nRF2401    193
10.3.3  異步串行通信芯片ST16C550    194
10.4  各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)與控制電路    198
10.4.1  帶球機(jī)構(gòu)    198
10.4.2  運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)    199
10.4.3  擊球和挑球機(jī)構(gòu)    201
10.5  傳感器電路設(shè)計(jì)    203
10.5.1  球檢測(cè)電路    203
10.5.2  車(chē)體姿態(tài)傳感器    204
10.5.3  ADXL210JE    205
10.5.4  ADXRS300    208
10.6  輔助電路    213
10.6.1  74HC595    213
10.6.2  EEPROM    217
第11章  控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)    230
11.1  控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介    230
11.2  指令信息的接收與處理    230
11.3  機(jī)構(gòu)控制    236
11.3.1  帶球機(jī)構(gòu)    236
11.3.2  擊、挑球機(jī)構(gòu)    237
11.4  異常預(yù)防與處理    238
11.5  軟件實(shí)現(xiàn)    240
第12章  運(yùn)動(dòng)控制    242
12.1  綜述    242
12.2  基于動(dòng)力學(xué)模型的實(shí)時(shí)次優(yōu)軌跡生成算法    243
12.2.1  建模    243
12.2.2  輸入域的解耦和分離    245
12.2.3  基于bang-bang控制的軌跡生成算法    247
12.2.4  軌跡同步    249
12.2.5  結(jié)果    250
12.3  底層運(yùn)動(dòng)控制    253
12.3.1  基于數(shù)字PI算法的電機(jī)調(diào)速    253
12.3.2  針對(duì)扭矩控制的改進(jìn)數(shù)字PI算法    255
12.3.3  基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的參數(shù)整定方法    257
第3部分  自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)
第13章  概述    260
13.1  自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)及其設(shè)計(jì)流程    260
13.1.1  自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)    260
13.1.2  自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)設(shè)計(jì)流程    261
第14章  系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析    263
14.1  力學(xué)分析    263
14.1.1  建立坐標(biāo)系    263
14.1.2  系統(tǒng)模型參數(shù)    263
14.1.3  系統(tǒng)速度    264
14.1.4  系統(tǒng)動(dòng)能的計(jì)算    265
14.1.5  系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程    267
14.2  系統(tǒng)參數(shù)的測(cè)量    270
14.2.1  理論基礎(chǔ)    270
14.2.2  硬件電路工作原理    271
14.2.3  參數(shù)測(cè)量    273
第15章  硬件設(shè)計(jì)    276
15.1  總體設(shè)計(jì)    276
15.2  DSP TMS320LF2407A    277
15.2.1  TMS320LF240xA概述    277
15.2.2  TMS320LF2407A    279
15.3  擺桿角度的測(cè)量    280
15.3.1  傳感器簡(jiǎn)介    280
15.3.2  傾角傳感器    281
15.4  擺桿角速度的測(cè)量    284
15.4.1  微型固態(tài)陀螺MEMS角速度傳感器    284
15.4.2  ENC-03JA角速度傳感器    286
15.5  左右輪角速度的測(cè)量    288
15.5.1  E6B編碼器    288
15.5.2  碼盤(pán)信號(hào)檢測(cè)    290
15.6  電源和系統(tǒng)狀態(tài)指示    291
15.6.1  電源    291
15.6.2  系統(tǒng)狀態(tài)指示    292
15.7  功放電路    292
15.7.1  功率MOSFET簡(jiǎn)介    292
15.7.2  驅(qū)動(dòng)電路    294
第16章  系統(tǒng)調(diào)試、仿真平臺(tái)    296
16.1  TMS320LF2407A與PC機(jī)的串行通信    296
16.1.1  TMS320LF2407A的串行通信接口    296
16.1.2  電平轉(zhuǎn)換電路    300
16.1.3  PC端監(jiān)控軟件    301
16.2  TMS320LF2407A與PC機(jī)的無(wú)線通信    303
16.2.1  nRF2401簡(jiǎn)介    304
16.2.2  nRF2401在自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)調(diào)試平臺(tái)中的應(yīng)用    306
16.3  PC端分析、仿真軟件——MATLAB    308
第17章  線性系統(tǒng)理論在自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)中的應(yīng)用    310
17.1  理論基礎(chǔ)    310
17.2  幾個(gè)重要的MATLAB函數(shù)    312
17.3  自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)狀態(tài)空間模型    313
17.4  自平衡兩輪電動(dòng)車(chē)載人時(shí)的狀態(tài)反饋控制    315
17.4.1  系統(tǒng)狀態(tài)方程、能控性    315
17.4.2  第一種情況    316
17.4.3  第二種情況    318
17.4.4  第三種情況    320
17.4.5  三種情況的分析    322
第4部分  旋轉(zhuǎn)式倒立擺
第18章  倒立擺系統(tǒng)概述    324
18.1  倒立擺的基本概念    324
18.2  常見(jiàn)的倒立擺    325
第19章  硬件設(shè)計(jì)    328
19.1  系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案    328
19.1.1  旋轉(zhuǎn)式倒立擺總體結(jié)構(gòu)    328
19.1.2  倒立擺系統(tǒng)工作原理    329
19.2  機(jī)械設(shè)計(jì)    330
19.3  DSP控制器    331
19.4  DSP的電源供電及時(shí)鐘選擇    335
19.4.1  供電方案    335
19.4.2  DSP的時(shí)鐘選擇    336
19.5  復(fù)位電路及MAX706    337
19.6  通信接口    339
19.7  角位移傳感器    340
19.8  無(wú)刷直流電機(jī)及控制電路    341
19.8.1  無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理    341
19.8.2  使用dq變換求取無(wú)刷直流力矩電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型    343
19.8.3  無(wú)刷直流力矩電機(jī)系統(tǒng)的函數(shù)    344
19.8.4  無(wú)刷直流電機(jī)的力矩波動(dòng)    345
19.8.5  電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)    346
第20章  軟件設(shè)計(jì)    352
20.1  DSP程序總體設(shè)計(jì)與流程圖    352
20.2  DSP中斷服務(wù)子程序、寄存器    353
20.2.1  初始化子程序    353
20.2.2  脈寬調(diào)制控制輸出子程序初始化    355
20.2.3  串口通信子程序    355
20.2.4  采樣子程序    356
20.2.5  控制計(jì)算子程序    357
20.3  PC軟件設(shè)計(jì)    357
第21章  模型分析與控制算法設(shè)計(jì)    361
21.1  倒立擺模型分析    361
21.1.1  模型分析    361
21.1.2  試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算    363
21.2  基于狀態(tài)反饋的帶觀測(cè)器的倒立控制    364
21.3  基于能量分析的擺起控制    368
21.3.1  擺起控制的實(shí)現(xiàn)方法    368
21.3.2  “擺起－倒立”控制效果    369
第22章  隨動(dòng)系統(tǒng)    372
22.1  隨動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理    372
22.1.1  把倒立擺改裝為隨動(dòng)系統(tǒng)    372
22.1.2  電平轉(zhuǎn)換器    373
22.2  隨動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析    375
22.3  隨動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)域特性分析    376
22.4  隨動(dòng)系統(tǒng)的頻域特性分析    378
22.5  隨動(dòng)系統(tǒng)的頻域校正實(shí)驗(yàn)    380
附錄A  C-Lib中的函數(shù)集    385
附錄B  解耦圖形的推導(dǎo)    397
附錄C  電機(jī)調(diào)速程序    399
第22章  隨動(dòng)系統(tǒng)    372
22.1  隨動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理    372
22.1.1  把倒立擺改裝為隨動(dòng)系統(tǒng)    372
22.1.2  電平轉(zhuǎn)換器    373
22.2  隨動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析    375
22.3  隨動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)域特性分析    376
22.4  隨動(dòng)系統(tǒng)的頻域特性分析    378
22.5  隨動(dòng)系統(tǒng)的頻域校正實(shí)驗(yàn)    380
附錄A  C-Lib中的函數(shù)集    385
附錄B  解耦圖形的推導(dǎo)    397
附錄C  電機(jī)調(diào)速程序    399