导言
空心杯电机在结构上选用了无铁芯转子，克服了有铁芯电动机不可逾越的技能妨碍，使其具有了愈加杰出的节能特性、活络便利的操控特性和安稳的运转特性。跟着工业技能的飞速发展，电动机的伺服特性要求不断提高，空心杯电机以其高效率的才干转化特性在许多使用场合取得广泛使用。空心杯电机操控器需求对转速进行快速精确的闭环操控，其有必要具有与上位机完结串口通讯、转速实时收集、前馈PI操控及液晶屏显现等多个功用。
现在，ARM内核微操控器发展迅速，其功用高、耗电少、成本低，具有16/32位双指令集。本文选用TI公司的依据Cortex—M4内核的TM4C 123GH6PM芯片，该芯片最高具有80 MHz主频，适用于高功用、低功耗的嵌入式操控范畴。它具有多个高精度定时器，能够输出多达16路互补且带有死区时刻操控的PWM波形，满意空心杯电机的操控需求。
μC/OS—III是一个可扩展的、可固化的、抢占式第3代实时多使命操作体系内核。其对使命的个数无限制，供应了现代实时内核所希望的一切功用，包含资源办理、同步、内部使命沟通等。考虑到体系使命的复杂性，传统的单使命循环式的程序操控形式难以满意需求，本文选用了开放源码的嵌入式操作体系μC/OS—III完结空心杯电机操控器，简化了体系规划。
1 操控器硬件规划
1.1 操控器硬件整体结构
空心杯电机闭环操控器硬件结构包含PWM驱动电路、转速检测电路、液晶显现电路及USB转串口电路等部分，体系框图如图1所示。操控器经过串口与上位机进行通讯，接纳上位机给出的希望转速指令与操控参数。实践转速经过转速检测电路由TM4C123GH6PM的定时器捕取得到，在与希望转速比照后得到转速差，依据前馈PI操控输出相应PWM信号，经驱动电路后供应空心杯电机。一起，液晶显现器经过SPI接口与TM4C123GH6PM进行通讯，然后实时显现实践转速值。
1.2 驱动电路规划
驱动电路选用一款双通道桥式电机驱动器DRV8833，该器材具有两个H桥驱动器，能够驱动两个直流电机。每个H桥的输出驱动器模块由N沟道功率组成，这些场效应管被装备成一个H桥，以驱动电机绕组。经过调理PWM的占空比，调整输入电机端电压的巨细，从而操控空心杯电机的转速。驱动电路如图2所示，因为本文只需驱动一个直流电机，因而将双通道输出并联处理，以到达增大驱动电流的作用。
1.3 转速检测电路规划
空心杯电机转速检测电路如图3所示。在电机转轴上固定了一个轮齿，上面均匀分布了4个错开的齿。轮齿安置在一个对射光耦上，当电机滚动一周时发生4个凹凸脉冲，该脉冲频率表征转速巨细。
2 μC/OS-Ⅲ操作体系移植
在官网上下载已移植到TM4C129XL的μC/OS—III，依据此工程模板进行修正，能够革除彻底移植操作体系的繁琐作业。因为该工程模板是针对TM4C129XL系列的，该系列的芯片主频与TM4C123XL系列有所不同，因而需求在板级支撑包(BSP)体系初始化文件中进行修正，文件名为“BSP_SysInit”。将原体系时钟设置部分注释掉，增加对应于TM4C123GXL的装备代码：
cpu_clk_freq=BSp_SysClkFreqGet();//确认systick参阅频率
SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_16 | SYSCTL_USE_PLL |
SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ);//体系时钟设置
此处设置在原文件中需求多条句子才干完结，使用TI公司的设备驱动库函数能够高效快捷地完结设置。
3 软件规划
3.1 μC/OS-Ⅲ的使命分配
本操控器软件需求完结的功用如下：
①上位机经过串口给定希望电机转速和操控参数;
②要求空心杯电机转速接连可调并且具有杰出的动、静态功用，经过定时器捕获实践转速，并选用前馈PID算法调理;
③液晶显现屏实时显现转速。
依据μC/OS—III的程序规划是将一个大的使用程序分红多个相对独立的使命来完结。界说好每个使命的优先级后，μC/OS-III内核对这些使命进行调度和办理。本程序设置OS时钟节拍为50 Hz，共分为3个使命(AppTaskStart、MyTask1、MyTask2)，优先级分别为2、12、13，详细的作业流程如图4所示。其间，AppTaskStart为电机操控使命，首要担任进行前馈PI操控，其延时1个节拍进入安排妥当状况，即相当于20 ms履行一次;MyTask1为上位机给定使命，担任串口接纳，其延时2个节拍进入安排妥当态，即相当于40 ms履行一次;MyTask2为液晶显现使命，担任LCD显现，其延时3个节拍进入安排妥当态，即相当于60 ms履行一次。
3.2 电机操控使命
电机操控使命AppTaskStart到达安排妥当态后，读取空心杯电机当时转速。在实践测验中，发现该电机的非线性特性较强，因而选用带前馈量的PI操控，使电机转速能在全范围内都能快速精确地进行调理。其间，PWM前馈量由实践转速插值取得，插值表在开环情况下标定取得。电机操控使命作业流程如图5所示。
3.3 上位机给定使命
上位机给定使命MyTask1中，操控器经过串口接纳上位机指令，接纳内容包含希望转速及操控参数Kp与Ki。因为操控参数往往需求依据经历重复整定，并且起先并不能确认其量级巨细，为了快速便利地进行操控参数整定，此处串口数据采纳浮点数格局传输，相对于用整型数传输没有精度丢失。数据类型转化详细代码如下：
