一种平地、爬楼两用助行装置的驱动系统设计

摘要

如今，随着行动不便的老年人和下肢残疾者不断增多，轮椅的使用人数每年不断增加，然而普通轮椅毕竟有着很多局限性，在很多场合下无法行动，特别是对于需要爬楼的情况，给轮椅使用者带来了较大的不便，所以为了能够让普通轮椅具有爬楼的功能，本文给出了相关的驱动控制系统方案。
　　首先，介绍了自制的爬楼助行装置和普通轮椅组装而成的爬楼轮椅，并根据爬楼轮椅性能指标选择了合适的驱动电机，并给出了合适的供电方案，对供电电池进行了选型。再根据爬楼轮椅在工作时的控制要求，对爬楼电机和平地电机分别给出了合理的驱动方案，爬楼电机由主控制器和IPM驱动，而平地电机由专用驱动芯片和IPM驱动。
　　其次，依据提出的电机驱动方案，将驱动板划分为多个模块分别进行芯片选型和硬件设计，主要模块包括:电源模块，信号缓冲模块，光电隔离模块，驱动模块，智能功率模块。整个驱动板将爬楼电机和平地电机的驱动系统整合在一块电路板上，节省了资源，也使得驱动系统更加紧凑。
　　然后，按照给出的电机驱动方案，对驱动控制系统分块进行了软件设计，主要包括爬楼电机的双闭环控制算法，通讯模块以及位置检测模块，电流检测模块等。爬楼电机的闭环控制由主控制器结合位置信号反馈和电流信号反馈实现，而平地电机由专用无刷直流电机驱动芯片从硬件上实现闭环控制，
　　最后，根据已有的软硬件方案，分别对各个模块进行测试，再结合爬楼装置进行系统联调，验证了整个爬楼轮椅驱动控制系统的可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外爬楼装置现状

1．2．1 轮组式

1．2．2 履带式

1．2．3 步进支撑式

1．2．4 混合式

1．2．5 其他爬楼助行装置

1．3 爬楼助行装置需要研究的问题

1．4 本文主要研究内容与章节安排

2 爬楼助行装置驱动控制系统总体设计

2．1 爬楼轮椅介绍

2．2 爬楼电机和平地电机

2．3 电机供电方式选择

2．4 电机控制与驱动总体方案

2．5 控制与驱动芯片选型

2．5．1 主控制芯片选型

2．5．2 爬楼电机驱动芯片选型

2．5．3 平地电机驱动芯片选型

2．6 速度-电流闭环方案

2．7 三电机驱动与调速方案

2．8 手动操纵杆模块和通讯方案

2．9 本章小结

3 爬楼助行装置驱动控制系统的硬件设计

3．1 硬件电路总体设计

3．2 基于TMS28335DSP的主控制板

3．2．1 JTAG接口电路

3．2．2 时钟与复位电路

3．2．3 D／A转换电路

3．2．4 通信接口电路

3．3 多电机驱动电路

3．3．1 缓冲模块

3．3．2 光电隔离模块

3．3．3 电源模块

3．4 爬楼电机驱动模块

3．5 平地电机驱动模块

3．5．1 专用驱动芯片L6235

3．5．2 专用驱动芯片MC33035

3．5．3 MC33039测速电路

3．5．4 平地电机智能功率模块

3．6 CAN通信电路

3．7 电路板PCB设计

3．8 本章小结

4 爬楼助行装置驱动控制系统的软件设计

4．1 软件总体设计

4．2 平地电机控制模块

4．2．1 并联运行方式

4．2．2 主从运行方式

4．2．3 交叉耦合运行方式

4．3 爬楼电机控制模块

4．3．1 无刷直流电机工作原理

4．3．2 主程序设计

4．3．3 转子位置检测、电流检测以及速度计算

4．3．4 脉宽调制模块

4．3．5 爬楼电机速度控制算法

4．4 CAN通讯模块

4．4．1 CAN总线简介

4．4．2 CAN模块的配置

4．5 本章小结

5 系统调试

5．1 最小系统板调试

5．2 CAN通信调试

5．3 爬楼电机驱动电路板调试

5．4 联合调试

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

附录