システム･ハードウェア概要¶

4輪独立ステアロボットのステアリング制御基板のソースコードです｡ 1基板(1マイコン)で1つのステアリングモーターを制御します｡ステアリングモーターは16歯の歯車を持ち､ステアリング側は36歯なので､減速比2.25:1です｡ステアリングモーターには磁気エンコーダが搭載されており､駆動歯車の角度を計測できます｡基板には8つのフォトリフレクタが円形に並んでおり､ステアリングの反射板を検知してゼロ位置検知をします｡

制御システム全般¶

TIM7によるタイマ割り込みで1kHzの制御サイクルを実行しています｡タイマ割り込み中でエンコーダなどの入力､モーター制御処理､出力を行います｡メインループの中ではデバッグ用のシリアル入出力､時間依存のエラー処理のみを行います｡

入力¶

磁気エンコーダ､フォトリフレクタによるゼロ位置検知､ユーザースイッチを持ちます｡ユーザースイッチはPC15に接続され､押されるとLOWになります｡バッテリー電圧は

出力¶

TIM8を使用したPWM出力のDCモーターです｡ ADCの2チャンネル目(adc_raw[1])で電流を取得できます｡モーターの電流の方向は検知できません｡ADC値0～4095で､電流は0～2.2Aに対応します｡ LEDはPC13,PC14に接続されています｡High点灯です｡

モーター制御¶

目標を位置(角度)としたPID制御を行います｡制御には解像度の高いモーター側のエンコーダーを使用します｡モーターはギアードモーターで､モーターとエンコーダーの間にバックラッシュがあるので､目標付近ではP値にデッドゾーンを設定して発振を抑制しています｡

ステアリング角度初期化¶

ステアリングには角度限界がありますが､モーターのエンコーダーでは何回転目であるかを検知することはできないため､起動後に初期角度検知をします｡モーターを低速(1rad/s)で回転させつつ､ステアリングエンコーダが初期角度から2段階変化する角度を取得します｡減速比2.25:1なので､

設定の保存¶

内部flashに4KBのデータ保存領域を確保します｡ボードID(0～3)､モーターキャリブレーションデータ､エンコーダーのゼロ位置を保存します｡

設定の変更¶

起動直後2秒以内に､UARTから改行文字列を連続で受信したとき､設定変更モードになります｡いまのところ､ボードIDのみを変更できます｡変更したいボードIDを入力されると､内部flashに保存して再起動します｡

通信¶

0x100+ボードIDに設定された角度にステアリングを動かします｡ステアリング角度は､ゼロ位置を中心に+-2回転です｡回転限界を考慮した角度制御は､メイン基板側で制御されるので､このステアリング制御基板側では考慮しません｡ステアリング角度指令コマンドの型はfloatで､単位はradianです｡モーター電流を0x230+ボードID､ステアリングの現在角度を0x250+ボードIDで出力します｡ floatで単位は[A]です｡

エラー検知¶

1.過電流検知モーター電流が 1A以上を3秒を超えて続いた場合 2A以上を1秒を超えて続いた場合

2. ステアリング角度が+-3回転を超えた場合

エラーモード¶

エラーが検出された際､モーター出力は強制的に0になり､マイコンがリセットされるまでその状態が維持される｡