Progettazione e realizzazione di una base robotica bilanciante su ...

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62 Capitolo 6. Softwareprecisi, scanditi tramite la generazione di interrupt da parte di untimer• ovunque sia possibile, si predilige l’utilizzo del controllore DMA pereseguire il maggior numero possibile di operazioni in background, riducendoil carico di lavoro del microcontrollore• il software e gli algoritmi di controllo devono essere configurabili durantel’esecuzione del programma, limitando il più possibile le operazionidi programmazione della memoria programma del microcontrolloreL’esecuzione dei task periodici è gestita tramite un timer, mantenutocostantemente in esecuzione permettendo di generare un interrupt ogni millisecondo.Tra i timer disponibili si è scelto di utilizzare il SYSTICK timer,un down-counter a 24 bit dedicato ai sistemi operativi real time [17] chegenera un interrupt quando il conteggio giunge a zero.Ad ogni invocazione della routine di interrupt viene incrementato un contatoree si verifica se sia il momento di eseguire qualcuno tra i cicli di controlloimpostati. Sono presenti cicli eseguiti a differenti frequenze, ognuno deiquali richiama l’esecuzione di differenti compiti:1 Hz : questo ciclo è utilizzato esclusivamente per funzioni di debug, comefar lampeggiare costantemente un LED per indicare che il programmaè in esecuzione, eseguire serie predefinite di comandi per verificare ilcorretto funzionamento delle periferiche e degli algoritmi di controlloed inviare su porta seriale l’elenco dei dati che vengono stampati inoutput, come discusso nella Sezione 6.410 Hz : questo ciclo gestisce l’aggiornamento del display LCD50 Hz : in questo ciclo viene eseguito l’algoritmo per il controllo dellastabilità del robot. Sono disponibili diversi algoritmi, attivabili e configurabiliruntime, per i quali può essere attivata la modalità di debugo l’aggiunta di rumore bianco additivo. Vengono inoltre inviati allaperiferica USART i dati ricevuti dai sensori e lo stato del robot100 Hz : a questa frequenza viene eseguito l’update del filtro di Kalmanutilizzato per la stima dell’angolo del robot rispetto alla verticale1 Khz : il ciclo più veloce viene utilizzato per l’aggiornamento dei datiodometrici mediante la lettura degli encoder ottici e per il controllore
6.1. Architettura 63PID utilizzato per inseguire il setpoint di velocità o di corrente deimotoriIl controllore DMA è configurato per trasferire in continuazione il risultatodelle conversioni dell’ADC in una struttura di dati apposita, comemostrato nella Sezione 6.2, permettendo a qualsiasi parte del programma diaccedere all’output dei sensori semplicemente leggendo il valore contenutonelle variabili.Il DMA è utilizzato anche per trasferire il contenuto del buffer software dellaporta seriale alla periferica hardware, alleggerendo il carico di lavoro delmicrocontrollore. La gestione delle comunicazioni seriali viene trattata nellaSezione .I parametri di configurazione del software e lo stato del robot sono contenutiin due apposite strutture, denominate Config e Status.La struttura Config raggruppa tutti i parametri che può essere necessariomodificare durante mentre il software è in esecuzione, ovvero:- la configurazione generale del robot, ovvero la scelta delll’algoritmodi bilanciamento tra quelli disponibili e l’attivazione o inibizione deimotori- i valori dell’offset dei sensori, riprogrammabili durante l’esecuzione delprogramma per impostare lo zero dell’angolo e della velocità angolare,e il fattore di scala da applicare al dato letto dall’ADC per interpretarele misure effettuate- la configurazione relativa ai motori: selezione dei canali PWM utilizzatie del verso di rotazione, associazione dei canali encoder a ciascunmotore, impostazione della dead band e selezione del metodo dicontrollo (si rimanda alla Sezione 6.3)- le costanti relative ai vari algoritmi di controllo attiviLa struttura Status racchiude invece tutti i dati relativi allo stato delrobot, che vengono aggiornati durante l’esecuzione del programma, ovvero:- valori dei segnali acquisiti dall’ADC, aggiornati in continuazione tramitel’utilizzo del controller DMA- angolo del robot rispetto alla verticale e velocità angolare, costantementeaggiornati dal filtro di Kalman
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POLITECNICO DI MILANOCorso di Laure
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RingraziamentiRingrazio innanzitutt
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