張源等

摘 要：采煤機速度反饋在采煤機速度調(diào)節(jié)方面占有相當(dāng)大的比重，而速度調(diào)節(jié)直接影響采煤機的工作狀態(tài)。由于在采煤機速度反饋環(huán)節(jié)存在反饋的信號誤差較大、響應(yīng)速度慢、抗干擾能力差等問題且現(xiàn)階段利用單片機、PLC、DSP等作為CPU控制速度反饋環(huán)節(jié)容易使反饋環(huán)節(jié)中參數(shù)漂移，控制精度相對而言不夠精確，針對以上情況文章提出了以ARM11為控制核心，基于CANopen協(xié)議速度反饋環(huán)節(jié)的Linux嵌入式操作系統(tǒng)，同時采用PID雙閉環(huán)調(diào)速控制。結(jié)果證明，采用此方案提高了采煤機速度反饋的準(zhǔn)確度、速度的穩(wěn)定性、加快了速度反饋的響應(yīng)。

關(guān)鍵詞：速度反饋；Canopen；嵌入式；PID；控制；穩(wěn)定性

引言

隨著采煤技術(shù)的日益發(fā)展，電磁調(diào)速電牽引采煤機迅速推廣開來，這種電磁調(diào)速較其他采煤機來說其控制相對簡單，且滑差式電磁調(diào)速采煤機具有裝機功率大，牽引速度快，牽引力大的優(yōu)點。在牽引方面只需控制勵磁電流即可對采煤機速度進行調(diào)節(jié)。為使采煤機牽引運行時速度處于穩(wěn)定的變化，人們在速度采集、速度反饋處理方面進行不斷地完善，在速度采集方面一般用485協(xié)議的軸角編碼器采集負載軸速度；用單片機、DSP、FPGA作為CPU另輔以PID雙閉環(huán)控制去處理電牽引速度。以上速度反饋控制方式雖然在一定條件下滿足一定的需求，但是其控制準(zhǔn)確性相對較低，且對于其模擬量相互影響較大，參數(shù)易于漂移[1]，對于用以上CPU控制電流、速度環(huán)時，CPU只能單一的去處理，從而影響了速度的響應(yīng)時間。近階段嵌入式在醫(yī)療、航空、交通、工控領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，并且其具有強大的處理數(shù)據(jù)的能力，具有極高的穩(wěn)定性。根據(jù)現(xiàn)階段采煤機反饋存在的問題和CANopen協(xié)議與嵌入式配合在工控方面的優(yōu)勢，本文設(shè)計出了利用CANopen協(xié)議的高精度的軸角編碼器進行速度采集，在ARM11上嵌入具有CANopen協(xié)議的Linux操作系統(tǒng)對速度反饋、電流反饋實行多線程控制的方案。此方案的特點是利用操作系統(tǒng)控制速度反饋，減小反饋滯后時間，增強速度反饋控制精度，提高反饋的穩(wěn)定性。

1 系統(tǒng)工作原理

電磁調(diào)速采煤機速度反饋原理如圖1所示。當(dāng)牽引異步電動機啟動時，其帶動滑差離合器一起旋轉(zhuǎn)，由于滑差離合器由電樞、磁極和勵磁線圈三部分組成，電樞旋轉(zhuǎn)時它便切割由勵磁線圈產(chǎn)生的磁場，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩帶動負載軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)負載軸旋轉(zhuǎn)時，通過GMX系列的CANopen協(xié)議軸角編碼器進行測速，測量的脈沖數(shù)經(jīng)過CANopen協(xié)議傳輸?shù)揭訟RM11為控制核心的操作系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)通過定時器計算出當(dāng)前的速度，通過編寫的PID程序通過與給定值的比較進行調(diào)節(jié)，然后通過D/A轉(zhuǎn)換輸出4-20mA電流，再經(jīng)上拉電阻產(chǎn)生電壓信號。與此同時滑差離合器的勵磁電流經(jīng)霍爾式電流變送器器傳到操作系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)通過PID調(diào)節(jié)計算出的電流信號通過PID電流環(huán)進行調(diào)節(jié)，產(chǎn)生的模擬量信號通過驅(qū)動器進行速度的調(diào)節(jié)[2-7]。

2 硬件電路設(shè)計

硬件電路由ARM及其外圍電路組成如圖2所示，為了保障CPU不受外界的干擾，ARM與外界通信全都要光電隔離。速度采集模塊由絕對值軸角編碼器組成，電流采集模塊用霍爾效應(yīng)式電流變送器作為傳感器，其通信協(xié)議為Modbus。

2.1 ARM11處理器

處理器選用了三星的S3C6410，其內(nèi)部集成了ARM11微處理器，ARM11處理器為ARMv6架構(gòu)，它保持了所有過去架構(gòu)中的T（Thumb指令）和E（DSP指令）擴展，使代碼壓縮和DSP處理特點得到延續(xù)；微處理器支持高速MMC和SD卡，具有實時時鐘，看門狗定時器同時具有I2C總線串口，SPI接口。由于S3C6410具有多種存儲器接口和MMU，為 Linux系統(tǒng)移植到ARM11微處理器中提供了方便。

為使系統(tǒng)運行流暢，RAM存儲器選用大小為64M，ROM選擇三星2Gflash內(nèi)存。由于處理器集成了4個全雙工的串口，選擇串口1作為Linux命令控制臺，它作為系統(tǒng)的一個標(biāo)準(zhǔn)終端去配置系統(tǒng)驅(qū)動、更改文件系統(tǒng)、查看系統(tǒng)進程、管理系統(tǒng)服務(wù)、上傳和下載程序等。由于微處理器支持高速的SD卡，為將數(shù)據(jù)存儲到外置其他系統(tǒng)提供了便利。另外S3C6410支持外部SD卡存儲器，因此用戶可以在SD卡中存入鏡像操作系統(tǒng)，在燒錄時，用戶可以將鏡像文件燒錄到處理器中。

2.2 CANopen軸角編碼器

軸角編碼器采用GMX425系列軸角編碼器，此編碼器為CANopen高速總線型編碼器，碼盤為絕對值碼盤且信號無干擾、零點無漂移提高了速度采集的穩(wěn)定性。在運行時編碼器可以最高連續(xù)轉(zhuǎn)4096圈，其分辨率為每圈12位，由于其每圈產(chǎn)生4096個脈沖，即便丟失脈沖對速度產(chǎn)生的影響也相當(dāng)小，此編碼器較其他編碼器而言滿足了速度反饋的精度需求，使速度響應(yīng)的滯后性相對減小。編碼器支持的CAN波特率為10KHZ-1000KHZ不等，為數(shù)據(jù)傳輸選擇提供方便。

2.3 電流變送器

對于PID調(diào)節(jié)的電流環(huán)，它通過調(diào)節(jié)電流的大小達到調(diào)速的目的，由于在電流環(huán)中，電流不但為輸出的電流，而且是反饋的電流，因此電流變送器精度的高低直接影響控制系統(tǒng)的靈敏度和精度。根據(jù)此情況電流變送器選擇為JLB12電流變送器，其輸入與輸出端是全隔離的，輸出端為標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA信號，此信號傳輸?shù)紺PU中。此電流變送器具有標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝、精度高、線性度好、反應(yīng)快、低溫漂、頻帶寬抗干擾能力強、無插入損耗等特點，滿足速度反饋對電流變送器的要求。

3 軟件設(shè)計

在軟件方面包括基于ARM11的主程序、Modbus協(xié)議程序、具有CANopen協(xié)議的Linux嵌入式系統(tǒng)程序、PID程序，本文將針對PID程序、Modbus協(xié)議、基于CANopen協(xié)議的Linux嵌入式系統(tǒng)程序進行分析[8]。

3.1 PID程序

當(dāng)采煤機處于牽引運行狀態(tài)時，運行速度既不能過低也不能過高，運行速度過低導(dǎo)致勵磁電流過低間接地導(dǎo)致電動機停轉(zhuǎn)。如果速度過高會導(dǎo)致電機超載。所以在PID程序中要設(shè)置中斷程序，當(dāng)過程值達到速度的上限或下限時執(zhí)行中斷程序使勵磁電流在設(shè)定值范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)[9]。其 PID框圖如圖3所示。

3.2 Modbus協(xié)議

Modbus協(xié)議為現(xiàn)場總線型的通訊協(xié)議，可以支持多種電氣接口如232、485等，它可以在多種介質(zhì)中進行傳遞如雙絞線、光纖、無線等，Modbus的幀格式簡單、緊湊，其發(fā)送的格式為8位為1幀。Modbus傳輸形式有ASCII和RTU方式，對于本文使用的為RTU模式，其發(fā)送或接收的每一幀數(shù)據(jù)包括1個起始位、8個數(shù)據(jù)位（最小的有效位先發(fā)送）、1個奇偶校驗位和1個停止位（有校驗時，無校驗時為2個Bit）。當(dāng)Modbus通信時其采用主從結(jié)構(gòu)技術(shù)即主設(shè)備能初始化傳輸（查詢），其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)，本文采用的為Modbus從站設(shè)備，功能碼為03（讀），相應(yīng)的功能碼06為寫功能。在速度反饋系統(tǒng)中，電流變送器將采集到的勵磁電流傳入到嵌入式系統(tǒng)中，在CPU中需要對Modbus從站進行配置，其初始化子程序如下：

void ModInit（u8 Id）

{ ModBus_PointToRcvBuf=ModBus_RcvBuffer；

ModBus_PointToSendBuf=ModBus_SendBuffer；

ModBus_SendNum=1；

ModBus_Id=Id；

ModBus_RcvBuffer[1]=ModBus_Id；

ModBus_SendBuffer[1]=ModBus_Id；

ModBus_ComuBusy=0；

USART_init（）；

Timer2_init（）；

RX_485；

enableInterrupts（）；

}

3.3 CANopen協(xié)議的Linux嵌入式系統(tǒng)

CANopen是在CAL基礎(chǔ)上開發(fā)的，使用了CAL通訊和服務(wù)協(xié)議子集，提供了分布式控制系統(tǒng)的一種實現(xiàn)方案。CANopen可以在保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點互用性的同時允許節(jié)點的功能隨意擴展。在CANopen網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都有一個對象詞典且其由一系列的子協(xié)議文檔組成，在通訊中其模型定義了4種報文，分別為管理報文、服務(wù)數(shù)據(jù)對象SDO、過程數(shù)據(jù)對象PDO、預(yù)定義報文或特殊功能對象，CANopen通訊結(jié)構(gòu)如圖4所示

本文將CANopen協(xié)議棧嵌入到以ARM11為核心的系統(tǒng)，需要對內(nèi)核進行裁剪，其內(nèi)核包括OB模塊、PDO模塊、SDO模塊、同步模塊等，這些模塊能各自在自己的子協(xié)議中完成對應(yīng)的功能。移植CANopen協(xié)議主要對底層程序的DLL.C文件移植，在移植中，要先初始化CAN寄存器，對發(fā)送、接收等數(shù)據(jù)函數(shù)進行修改。本文將CANopen協(xié)議嵌入到操作系統(tǒng)中去解決了總線控制、沖突檢測、鏈路維護等問題，使速度反饋信號的傳輸更加穩(wěn)定。

Linux 是遵循通用公共許可證 GPL 協(xié)議的開源操作系統(tǒng)，其內(nèi)核可根據(jù)需要任意裁剪、定制，硬件支持非常廣泛。嵌入式Linux操作系統(tǒng)源代碼開放，免費，可靠性高，支持多種軟件和通信協(xié)議，內(nèi)核強大，性能高效穩(wěn)定，協(xié)調(diào)多線程、多任務(wù)工作，大小功能都可定制，具有豐富硬件驅(qū)動資源和強大的網(wǎng)絡(luò)通信功能?；诒疚倪x用的ARM11控制器，因此嵌入Linux操作系統(tǒng)是相當(dāng)方便的。嵌入Linux操作系統(tǒng)可以多線程傳輸數(shù)據(jù)，解決了單片機單線傳輸數(shù)據(jù)的局限性，提高了系統(tǒng)的處理的精確度，減小了系統(tǒng)反應(yīng)時間。對于Linux操作系統(tǒng)嵌入到以ARM11為核心的控制器，首先要構(gòu)建交叉的編譯環(huán)境，其次引導(dǎo)加載程序，再次要配置和裁剪內(nèi)核，之后搭載文件系統(tǒng)其存放著系統(tǒng)運行時所必須的各種工具軟件、配置文件、腳本、庫文件等，搭載的文件系統(tǒng)存到ARM11配置的2G Flash內(nèi)存中，移植系統(tǒng)最后步驟為開發(fā)驅(qū)動程序，完成了所有步驟即將Linux操作系統(tǒng)嵌入到ARM11中[10-13]。其流程如圖5所示。

4 實驗及仿真

將搭載好的Linux嵌入式系統(tǒng)放在恒溫箱中以模擬不同環(huán)境測量其穩(wěn)定性，實驗數(shù)據(jù)表明搭載的嵌入式系統(tǒng)是穩(wěn)定可靠的。根據(jù)速度閉環(huán)和電流閉環(huán)的傳遞函數(shù)用軟件搭載速度反饋環(huán)節(jié)的仿真系統(tǒng)。在操作系統(tǒng)中，進行PID仿真時，設(shè)置目標(biāo)轉(zhuǎn)速為70r/min，調(diào)節(jié)參數(shù)KP=0.491，KI=0.028，KD=0.003，采樣時間為1s。在PID開始時，其仿真圖如圖6，其中a代表設(shè)定值，b代表調(diào)節(jié)值，c代表輸出值。

當(dāng)人為加入擾動時，其PID仿真圖如圖7。

當(dāng)PID調(diào)節(jié)穩(wěn)定時，其PID仿真圖如圖8。

從出現(xiàn)擾動到PID調(diào)節(jié)穩(wěn)定期響應(yīng)速度在1s之內(nèi)，由此看出加入嵌入式系統(tǒng)對PID反饋調(diào)節(jié)的作用。

5 結(jié)束語

針對之前單片機等芯片控制的電磁調(diào)速采煤機速度反饋出現(xiàn)的參數(shù)漂移，速度反饋不靈敏，實時性差等問題，本文提出了基于Linux嵌入式系統(tǒng)，ARM11為核心的系統(tǒng)方案，同時系統(tǒng)內(nèi)嵌CANopen和Modbus協(xié)議，采用了高精度的CANopen軸角編碼器和電流變送器，通過實驗和仿真證明應(yīng)用本方案極大程度減弱了參數(shù)漂移問題，使系統(tǒng)處理接收信號的時間更短，采集的信號更加準(zhǔn)確，實時性更強。

參考文獻

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作者簡介：張源（1990-），男，漢族，山東臨沂人，碩士研究生，研究方向：電力電子與電力傳動。

3.2 Modbus協(xié)議

Modbus協(xié)議為現(xiàn)場總線型的通訊協(xié)議，可以支持多種電氣接口如232、485等，它可以在多種介質(zhì)中進行傳遞如雙絞線、光纖、無線等，Modbus的幀格式簡單、緊湊，其發(fā)送的格式為8位為1幀。Modbus傳輸形式有ASCII和RTU方式，對于本文使用的為RTU模式，其發(fā)送或接收的每一幀數(shù)據(jù)包括1個起始位、8個數(shù)據(jù)位（最小的有效位先發(fā)送）、1個奇偶校驗位和1個停止位（有校驗時，無校驗時為2個Bit）。當(dāng)Modbus通信時其采用主從結(jié)構(gòu)技術(shù)即主設(shè)備能初始化傳輸（查詢），其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)，本文采用的為Modbus從站設(shè)備，功能碼為03（讀），相應(yīng)的功能碼06為寫功能。在速度反饋系統(tǒng)中，電流變送器將采集到的勵磁電流傳入到嵌入式系統(tǒng)中，在CPU中需要對Modbus從站進行配置，其初始化子程序如下：

void ModInit（u8 Id）

{ ModBus_PointToRcvBuf=ModBus_RcvBuffer；

ModBus_PointToSendBuf=ModBus_SendBuffer；

ModBus_SendNum=1；

ModBus_Id=Id；

ModBus_RcvBuffer[1]=ModBus_Id；

ModBus_SendBuffer[1]=ModBus_Id；

ModBus_ComuBusy=0；

USART_init（）；

Timer2_init（）；

RX_485；

enableInterrupts（）；

}

3.3 CANopen協(xié)議的Linux嵌入式系統(tǒng)

CANopen是在CAL基礎(chǔ)上開發(fā)的，使用了CAL通訊和服務(wù)協(xié)議子集，提供了分布式控制系統(tǒng)的一種實現(xiàn)方案。CANopen可以在保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點互用性的同時允許節(jié)點的功能隨意擴展。在CANopen網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都有一個對象詞典且其由一系列的子協(xié)議文檔組成，在通訊中其模型定義了4種報文，分別為管理報文、服務(wù)數(shù)據(jù)對象SDO、過程數(shù)據(jù)對象PDO、預(yù)定義報文或特殊功能對象，CANopen通訊結(jié)構(gòu)如圖4所示

本文將CANopen協(xié)議棧嵌入到以ARM11為核心的系統(tǒng)，需要對內(nèi)核進行裁剪，其內(nèi)核包括OB模塊、PDO模塊、SDO模塊、同步模塊等，這些模塊能各自在自己的子協(xié)議中完成對應(yīng)的功能。移植CANopen協(xié)議主要對底層程序的DLL.C文件移植，在移植中，要先初始化CAN寄存器，對發(fā)送、接收等數(shù)據(jù)函數(shù)進行修改。本文將CANopen協(xié)議嵌入到操作系統(tǒng)中去解決了總線控制、沖突檢測、鏈路維護等問題，使速度反饋信號的傳輸更加穩(wěn)定。

Linux 是遵循通用公共許可證 GPL 協(xié)議的開源操作系統(tǒng)，其內(nèi)核可根據(jù)需要任意裁剪、定制，硬件支持非常廣泛。嵌入式Linux操作系統(tǒng)源代碼開放，免費，可靠性高，支持多種軟件和通信協(xié)議，內(nèi)核強大，性能高效穩(wěn)定，協(xié)調(diào)多線程、多任務(wù)工作，大小功能都可定制，具有豐富硬件驅(qū)動資源和強大的網(wǎng)絡(luò)通信功能?；诒疚倪x用的ARM11控制器，因此嵌入Linux操作系統(tǒng)是相當(dāng)方便的。嵌入Linux操作系統(tǒng)可以多線程傳輸數(shù)據(jù)，解決了單片機單線傳輸數(shù)據(jù)的局限性，提高了系統(tǒng)的處理的精確度，減小了系統(tǒng)反應(yīng)時間。對于Linux操作系統(tǒng)嵌入到以ARM11為核心的控制器，首先要構(gòu)建交叉的編譯環(huán)境，其次引導(dǎo)加載程序，再次要配置和裁剪內(nèi)核，之后搭載文件系統(tǒng)其存放著系統(tǒng)運行時所必須的各種工具軟件、配置文件、腳本、庫文件等，搭載的文件系統(tǒng)存到ARM11配置的2G Flash內(nèi)存中，移植系統(tǒng)最后步驟為開發(fā)驅(qū)動程序，完成了所有步驟即將Linux操作系統(tǒng)嵌入到ARM11中[10-13]。其流程如圖5所示。

4 實驗及仿真

將搭載好的Linux嵌入式系統(tǒng)放在恒溫箱中以模擬不同環(huán)境測量其穩(wěn)定性，實驗數(shù)據(jù)表明搭載的嵌入式系統(tǒng)是穩(wěn)定可靠的。根據(jù)速度閉環(huán)和電流閉環(huán)的傳遞函數(shù)用軟件搭載速度反饋環(huán)節(jié)的仿真系統(tǒng)。在操作系統(tǒng)中，進行PID仿真時，設(shè)置目標(biāo)轉(zhuǎn)速為70r/min，調(diào)節(jié)參數(shù)KP=0.491，KI=0.028，KD=0.003，采樣時間為1s。在PID開始時，其仿真圖如圖6，其中a代表設(shè)定值，b代表調(diào)節(jié)值，c代表輸出值。

當(dāng)人為加入擾動時，其PID仿真圖如圖7。

當(dāng)PID調(diào)節(jié)穩(wěn)定時，其PID仿真圖如圖8。

從出現(xiàn)擾動到PID調(diào)節(jié)穩(wěn)定期響應(yīng)速度在1s之內(nèi)，由此看出加入嵌入式系統(tǒng)對PID反饋調(diào)節(jié)的作用。

5 結(jié)束語

針對之前單片機等芯片控制的電磁調(diào)速采煤機速度反饋出現(xiàn)的參數(shù)漂移，速度反饋不靈敏，實時性差等問題，本文提出了基于Linux嵌入式系統(tǒng)，ARM11為核心的系統(tǒng)方案，同時系統(tǒng)內(nèi)嵌CANopen和Modbus協(xié)議，采用了高精度的CANopen軸角編碼器和電流變送器，通過實驗和仿真證明應(yīng)用本方案極大程度減弱了參數(shù)漂移問題，使系統(tǒng)處理接收信號的時間更短，采集的信號更加準(zhǔn)確，實時性更強。

參考文獻

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作者簡介：張源（1990-），男，漢族，山東臨沂人，碩士研究生，研究方向：電力電子與電力傳動。

3.2 Modbus協(xié)議

Modbus協(xié)議為現(xiàn)場總線型的通訊協(xié)議，可以支持多種電氣接口如232、485等，它可以在多種介質(zhì)中進行傳遞如雙絞線、光纖、無線等，Modbus的幀格式簡單、緊湊，其發(fā)送的格式為8位為1幀。Modbus傳輸形式有ASCII和RTU方式，對于本文使用的為RTU模式，其發(fā)送或接收的每一幀數(shù)據(jù)包括1個起始位、8個數(shù)據(jù)位（最小的有效位先發(fā)送）、1個奇偶校驗位和1個停止位（有校驗時，無校驗時為2個Bit）。當(dāng)Modbus通信時其采用主從結(jié)構(gòu)技術(shù)即主設(shè)備能初始化傳輸（查詢），其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)，本文采用的為Modbus從站設(shè)備，功能碼為03（讀），相應(yīng)的功能碼06為寫功能。在速度反饋系統(tǒng)中，電流變送器將采集到的勵磁電流傳入到嵌入式系統(tǒng)中，在CPU中需要對Modbus從站進行配置，其初始化子程序如下：

void ModInit（u8 Id）

{ ModBus_PointToRcvBuf=ModBus_RcvBuffer；

ModBus_PointToSendBuf=ModBus_SendBuffer；

ModBus_SendNum=1；

ModBus_Id=Id；

ModBus_RcvBuffer[1]=ModBus_Id；

ModBus_SendBuffer[1]=ModBus_Id；

ModBus_ComuBusy=0；

USART_init（）；

Timer2_init（）；

RX_485；

enableInterrupts（）；

}

3.3 CANopen協(xié)議的Linux嵌入式系統(tǒng)

CANopen是在CAL基礎(chǔ)上開發(fā)的，使用了CAL通訊和服務(wù)協(xié)議子集，提供了分布式控制系統(tǒng)的一種實現(xiàn)方案。CANopen可以在保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點互用性的同時允許節(jié)點的功能隨意擴展。在CANopen網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都有一個對象詞典且其由一系列的子協(xié)議文檔組成，在通訊中其模型定義了4種報文，分別為管理報文、服務(wù)數(shù)據(jù)對象SDO、過程數(shù)據(jù)對象PDO、預(yù)定義報文或特殊功能對象，CANopen通訊結(jié)構(gòu)如圖4所示

本文將CANopen協(xié)議棧嵌入到以ARM11為核心的系統(tǒng)，需要對內(nèi)核進行裁剪，其內(nèi)核包括OB模塊、PDO模塊、SDO模塊、同步模塊等，這些模塊能各自在自己的子協(xié)議中完成對應(yīng)的功能。移植CANopen協(xié)議主要對底層程序的DLL.C文件移植，在移植中，要先初始化CAN寄存器，對發(fā)送、接收等數(shù)據(jù)函數(shù)進行修改。本文將CANopen協(xié)議嵌入到操作系統(tǒng)中去解決了總線控制、沖突檢測、鏈路維護等問題，使速度反饋信號的傳輸更加穩(wěn)定。

Linux 是遵循通用公共許可證 GPL 協(xié)議的開源操作系統(tǒng)，其內(nèi)核可根據(jù)需要任意裁剪、定制，硬件支持非常廣泛。嵌入式Linux操作系統(tǒng)源代碼開放，免費，可靠性高，支持多種軟件和通信協(xié)議，內(nèi)核強大，性能高效穩(wěn)定，協(xié)調(diào)多線程、多任務(wù)工作，大小功能都可定制，具有豐富硬件驅(qū)動資源和強大的網(wǎng)絡(luò)通信功能。基于本文選用的ARM11控制器，因此嵌入Linux操作系統(tǒng)是相當(dāng)方便的。嵌入Linux操作系統(tǒng)可以多線程傳輸數(shù)據(jù)，解決了單片機單線傳輸數(shù)據(jù)的局限性，提高了系統(tǒng)的處理的精確度，減小了系統(tǒng)反應(yīng)時間。對于Linux操作系統(tǒng)嵌入到以ARM11為核心的控制器，首先要構(gòu)建交叉的編譯環(huán)境，其次引導(dǎo)加載程序，再次要配置和裁剪內(nèi)核，之后搭載文件系統(tǒng)其存放著系統(tǒng)運行時所必須的各種工具軟件、配置文件、腳本、庫文件等，搭載的文件系統(tǒng)存到ARM11配置的2G Flash內(nèi)存中，移植系統(tǒng)最后步驟為開發(fā)驅(qū)動程序，完成了所有步驟即將Linux操作系統(tǒng)嵌入到ARM11中[10-13]。其流程如圖5所示。

4 實驗及仿真

將搭載好的Linux嵌入式系統(tǒng)放在恒溫箱中以模擬不同環(huán)境測量其穩(wěn)定性，實驗數(shù)據(jù)表明搭載的嵌入式系統(tǒng)是穩(wěn)定可靠的。根據(jù)速度閉環(huán)和電流閉環(huán)的傳遞函數(shù)用軟件搭載速度反饋環(huán)節(jié)的仿真系統(tǒng)。在操作系統(tǒng)中，進行PID仿真時，設(shè)置目標(biāo)轉(zhuǎn)速為70r/min，調(diào)節(jié)參數(shù)KP=0.491，KI=0.028，KD=0.003，采樣時間為1s。在PID開始時，其仿真圖如圖6，其中a代表設(shè)定值，b代表調(diào)節(jié)值，c代表輸出值。

當(dāng)人為加入擾動時，其PID仿真圖如圖7。

當(dāng)PID調(diào)節(jié)穩(wěn)定時，其PID仿真圖如圖8。

從出現(xiàn)擾動到PID調(diào)節(jié)穩(wěn)定期響應(yīng)速度在1s之內(nèi)，由此看出加入嵌入式系統(tǒng)對PID反饋調(diào)節(jié)的作用。

5 結(jié)束語

針對之前單片機等芯片控制的電磁調(diào)速采煤機速度反饋出現(xiàn)的參數(shù)漂移，速度反饋不靈敏，實時性差等問題，本文提出了基于Linux嵌入式系統(tǒng)，ARM11為核心的系統(tǒng)方案，同時系統(tǒng)內(nèi)嵌CANopen和Modbus協(xié)議，采用了高精度的CANopen軸角編碼器和電流變送器，通過實驗和仿真證明應(yīng)用本方案極大程度減弱了參數(shù)漂移問題，使系統(tǒng)處理接收信號的時間更短，采集的信號更加準(zhǔn)確，實時性更強。

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作者簡介：張源（1990-），男，漢族，山東臨沂人，碩士研究生，研究方向：電力電子與電力傳動。