void CAN1_Configuration(void) {
CAN_InitTypeDef can; CAN_FilterInitTypeDef can_filter; GPIO_InitTypeDef gpio; NVIC_InitTypeDef nvic; //使能相关时钟 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能gpio时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);//使能CAN1时钟 //引脚复用映射配置 Connect CAN pins to AF9 GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource8, GPIO_AF_CAN1); GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_CAN1); //初始化GPIO gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_8; gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能 GPIO_Init(GPIOB, &gpio);//初始化PB8, PB9 nvic.NVIC_IRQChannel = CAN1_RX0_IRQn; nvic.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;//主优先级为2 nvic.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;// 次优先级为1 nvic.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&nvic); nvic.NVIC_IRQChannel = CAN1_TX_IRQn; nvic.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; nvic.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; nvic.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&nvic); //CAN寄存器初始化 CAN_DeInit(CAN1); CAN_StructInit(&can); //CAN单元设置 can.CAN_TTCM = DISABLE;//非时间触发通信模式 can.CAN_ABOM = DISABLE;//软件自动离线管理 can.CAN_AWUM = DISABLE;//睡眠模式通过软件唤醒(清除CAN->MCR的SLEEP位) can.CAN_NART = DISABLE;//报文自动传送 %%%%%%%%%% can.CAN_RFLM = DISABLE;//报文不锁定,新的覆盖旧的 can.CAN_TXFP = ENABLE;//%%%%%%%%%%% can.CAN_Mode = CAN_Mode_Normal;//常规模式 can.CAN_SJW = CAN_SJW_1tq;//再同步跳转宽度 can.CAN_BS1 = CAN_BS1_5tq;//时间段1占用5个时间单元数 can.CAN_BS2 = CAN_BS2_3tq;//时间段2占用3个时间单元数 can.CAN_Prescaler = 5; //CAN BaudRate 45/(1+5+3)/5=1Mbps 分频系数 CAN_Init(CAN1, &can);// 初始化CAN1 //配置过滤器,可配置过滤器来接收固定的几个id can_filter.CAN_FilterNumber = 0; //过滤器0 can_filter.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask; can_filter.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_32bit;//32位 can_filter.CAN_FilterIdHigh = 0x0000;32位ID can_filter.CAN_FilterIdLow = 0x0000; can_filter.CAN_FilterMaskIdHigh = 0x0000;//32位MASK can_filter.CAN_FilterMaskIdLow = 0x0000; can_filter.CAN_FilterFIFOAssignment = 0;//过滤器0关联到FIFO0 can_filter.CAN_FilterActivation=ENABLE;//激活过滤器0 CAN_FilterInit(&can_filter);//滤波器初始化 CAN_ITConfig(CAN1,CAN_IT_FMP0,ENABLE); CAN_ITConfig(CAN1,CAN_IT_TME,ENABLE); }
接下来是S曲线的C语言代码,准备知识及相应的matlab代码见机器人学回炉重造(6):关节空间规划方法——梯形加减速(与抛物线拟合的线性函数)、S型曲线规划。
/* scurve.h */ #ifndef _SCURVE_H_ #define _SCURVE_H_ typedef struct SCurve_Node *PtrToSCurve; struct SCurve_Node {
float Ta; float Tv; float Td; float Tj1; float Tj2; float q0; float q1; float v0; float v1; float vlim; float amax; float amin; float alima; float alimd; float jmax; float jmin; }; typedef PtrToSCurve SCurve_para; int sign(float q0, float q1); // S曲线参数计算 void STrajectoryPara(SCurve_para Input_data, float q0, float q1, float v0, float v1, float vmax, float amax, float jmax); // 计算位置 float S_position(float t, SCurve_para Input_data); // 计算速度 float S_velocity(float t, SCurve_para Input_data); // 计算加速度 float S_acceleration(float t, SCurve_para Input_data); // 计算加加速度 float S_jerk(float t, SCurve_para Input_data); #endif
/* scurve.c */ #include "Headfile.h" int sign(float q0, float q1) {
int a = 0; if (q1 - q0 > 0) a = 1; else a = -1; return a; } // S曲线参数计算 void STrajectoryPara(SCurve_para Input_data, float q0, float q1, float v0, float v1, float vmax, float amax, float jmax) {
float vmin, amin, jmin; int sigma = 0; float Tj = 0, delta = 0; vmin = -vmax; amin = -amax; jmin = -jmax; // 利用公式(3.31)(3.32)转化得到实际的q_0、q_1、v_max、a_max sigma = sign(q0, q1); Input_data->q0 = sigma * q0; Input_data->q1 = sigma * q1; Input_data->v0 = sigma * v0; vmax = ((sigma+1)/2)*vmax + ((sigma-1)/2)*vmin; vmin = ((sigma+1)/2)*vmin + ((sigma-1)/2)*vmax; Input_data->amax = ((sigma+1)/2)*amax + ((sigma-1)/2)*amin; Input_data->amin = ((sigma+1)/2)*amin + ((sigma-1)/2)*amax; Input_data->jmax = ((sigma+1)/2)*jmax + ((sigma-1)/2)*jmin; Input_data->jmin = ((sigma+1)/2)*jmin + ((sigma-1)/2)*jmax; // 判断是否达到最大速度 if ((vmax - Input_data->v0)*Input_data->jmax < pow(Input_data->amax, 2)){
// 达不到amax Input_data->Tj1 = sqrt((vmax - Input_data->v0)/Input_data->jmax); Input_data->Ta = 2*Input_data->Tj1; Input_data->alima = Input_data->jmax * Input_data->Tj1; }else{
// 能够达到amax Input_data->Tj1 = Input_data->amax/Input_data->jmax; Input_data->Ta = Input_data->Tj1 + (vmax - Input_data->v0 )/Input_data->amax; Input_data->alima = Input_data->amax; } if ((vmax - Input_data->v1)*Input_data->jmax < pow(Input_data->amax, 2)){
// 达不到amin Input_data->Tj2 = sqrt((vmax - Input_data->v1)/Input_data->jmax); Input_data->Td = 2 * Input_data->Tj2; Input_data->alimd = -Input_data->jmax * Input_data->Tj2; }else{
// 能够达到amin Input_data->Tj2 = Input_data->amax/Input_data->jmax; Input_data->Td = Input_data->Tj2 + (vmax - Input_data->v1)/Input_data->amax; Input_data->alimd = -Input_data->amax; } // 根据(3.25)计算匀速段时间 Input_data->Tv = (Input_data->q1 - Input_data->q0)/vmax - (Input_data->Ta/2)*(1 + Input_data->v0/vmax) - (Input_data->Td/2)*(1 + Input_data->v1/vmax); // 对Tv进行讨论 if (Input_data->Tv > 0) // 能够达到给定的最大速度vmax, 即存在匀速阶段 Input_data->vlim = vmax; else{
// 达不到最大速度,即匀速阶段Tv=0 // 假设最大加速度和最小加速度均能达到 Input_data->Tv = 0; Tj = Input_data->amax / Input_data->jmax; Input_data->Tj1 = Tj; Input_data->Tj2 = Tj; delta = (pow(Input_data->amax, 4)/pow(Input_data->jmax, 2)) + 2*(pow(Input_data->v0, 2) + pow(Input_data->v1, 2)) + Input_data->amax*(4*(Input_data->q1 - Input_data->q0) - 2*(Input_data->amax/Input_data->jmax)*(Input_data->v0 + Input_data->v1)); Input_data->Ta = ((pow(Input_data->amax, 2)/Input_data->jmax) - 2*Input_data->v0 + sqrt(delta)) / (2*Input_data->amax); Input_data->Td = ((pow(Input_data->amax, 2)/Input_data->jmax) - 2*Input_data->v1 + sqrt(delta)) / (2*Input_data->amax); // 对Ta和Td进行讨论 if (Input_data->Ta < 0 || Input_data->Td < 0){
if (Input_data->Ta < 0){
// 没有加速段,只有减速段 Input_data->Ta = 0; Input_data->Tj1 = 0; Input_data->Td = 2*(Input_data->q1 - Input_data->q0) / (Input_data->v0 + Input_data->v1); Input_data->Tj2 = (Input_data->jmax*(Input_data->q1 - Input_data->q0) - sqrt(Input_data->jmax*(Input_data->jmax*pow(Input_data->q1 - Input_data->q0, 2) + pow(Input_data->v1 + Input_data->v0, 2)*(Input_data->v1 - Input_data->v0)))) / (Input_data->jmax*(Input_data->v1 + Input_data->v0)); Input_data->alima = 0; Input_data->alimd = -Input_data->jmax * Input_data->Tj2; Input_data->vlim = v0; }else if(Input_data->Td < 0){
// 没有减速段,只有加速段 Input_data->Td = 0; Input_data->Tj2 = 0; Input_data->Ta = 2*(Input_data->q1 - Input_data->q0) / (Input_data->v0 + Input_data->v1); Input_data->Tj1 = (Input_data->jmax*(Input_data->q1 - Input_data->q0) - sqrt(Input_data->jmax*(Input_data->jmax*pow(Input_data->q1 - Input_data->q0, 2) - pow(Input_data->v1 + Input_data->v0, 2)*(Input_data->v1 - Input_data->v0)))) / (Input_data->jmax*(Input_data->v1 + Input_data->v0)); Input_data->alima = Input_data->jmax * Input_data->Tj1; Input_data->alimd = 0; Input_data->vlim = Input_data->jmax * Input_data->Tj1; } }else if(Input_data->Ta >= 2*Tj && Input_data->Td >= 2*Tj){
// 加速段和减速段都能达到最大速度 Input_data->alima = Input_data->amax; Input_data->alimd = -Input_data->amax; Input_data->vlim = v0 + Input_data->alima*(Input_data->Ta - Tj); }else{
// 加速段和减速阶段至少有一段不能达到最大加速度 float lambda = 0.99; // 系统取0
while
(Input_data
->Ta
<
2
*Tj
|| Input_data
->Td
<
2
*Tj
)
{
Input_data
->amax
= lambda
* Input_data
->amax
; Input_data
->Tv
=
0
; Tj
= Input_data
->amax
/ Input_data
->jmax
; Input_data
->Tj1
= Tj
; Input_data
->Tj2
= Tj
; delta
=
(
pow
(Input_data
->amax
,
4
)
/
pow
(Input_data
->jmax
,
2
)
)
+
2
*
(
pow
(Input_data
->v0
,
2
)
+
pow
(Input_data
->v1
,
2
)
)
+ Input_data
->amax
*
(
4
*
(Input_data
->q1
- Input_data
->q0
)
-
2
*
(Input_data
->amax
/Input_data
->jmax
)
*
(Input_data
->v0
+ Input_data
->v1
)
)
; Input_data
->Ta
=
(
(
pow
(Input_data
->amax
,
2
)
/Input_data
->jmax
)
-
2
*Input_data
->v0
+
sqrt
(delta
)
)
/
(
2
*Input_data
->amax
)
; Input_data
->Td
=
(
(
pow
(Input_data
->amax
,
2
)
/Input_data
->jmax
)
-
2
*Input_data
->v1
+
sqrt
(delta
)
)
/
(
2
*Input_data
->amax
)
;
if
(Input_data
->Ta
<
0
|| Input_data
->Td
<
0
)
{
if
(Input_data
->Ta
<
0
)
{
// 没有加速段,只有减速段 Input_data
->Ta
=
0
; Input_data
->Tj1
=
0
; Input_data
->Td
=
2
*
(Input_data
->q1
- Input_data
->q0
)
/
(Input_data
->v0
+ Input_data
->v1
)
; Input_data
->Tj2
=
(Input_data
->jmax
*
(Input_data
->q1
- Input_data
->q0
)
-
sqrt
(Input_data
->jmax
*
(Input_data
->jmax
*
pow
(Input_data
->q1
- Input_data
->q0
,
2
)
+
pow
(Input_data
->v1
+ Input_data
->v0
,
2
)
*
(Input_data
->v1
- Input_data
->v0
)
)
)
)
/
(Input_data
->jmax
*
(Input_data
->v1
+ Input_data
->v0
)
)
; Input_data
->alima
=
0
; Input_data
->alimd
=
-Input_data
->jmax
* Input_data
->Tj2
; Input_data
->vlim
= v0
;
}
else
if
(Input_data
->Td
<
0
)
{
// 没有减速段,只有加速段 Input_data
->Td
=
0
; Input_data
->Tj2
=
0
; Input_data
->Ta
=
2
*
(Input_data
->q1
- Input_data
->q0
)
/
(Input_data
->v0
+ Input_data
->v1
)
; Input_data
->Tj1
=
(Input_data
->jmax
*
(Input_data
->q1
- Input_data
->q0
)
-
sqrt
(Input_data
->jmax
*
(Input_data
->jmax
*
pow
(Input_data
->q1
- Input_data
->q0
,
2
)
-
pow
(Input_data
->v1
+ Input_data
->v0
,
2
)
*
(Input_data
->v1
- Input_data
->v0
)
)
)
)
/
(Input_data
->jmax
*
(Input_data
->v1
+ Input_data
->v0
)
)
; Input_data
->alima
= Input_data
->jmax
* Input_data
->Tj1
; Input_data
->alimd
=
0
; Input_data
->vlim
= Input_data
->jmax
* Input_data
->Tj1
;
}
}
else
if
(Input_data
->Ta
>=
2
*Tj
&& Input_data
->Td
>=
2
*Tj
)
{
// 加速段和减速段都能达到最大速度 Input_data
->alima
= Input_data
->amax
; Input_data
->alimd
=
-Input_data
->amax
; Input_data
->vlim
= v0
+ Input_data
->alima
*
(Input_data
->Ta
- Tj
)
;
}
}
}
}
}
// 计算位置
float
S_position
(
float t
, SCurve_para Input_data
)
{
float T
=
0
, q
=
0
;
float Ta
= Input_data
->Ta
;
float Tv
= Input_data
->Tv
;
float Td
= Input_data
->Td
;
float Tj1
= Input_data
->Tj1
;
float Tj2
= Input_data
->Tj2
;
float q0
= Input_data
->q0
;
float q1
= Input_data
->q1
;
float v0
= Input_data
->v0
;
float v1
= Input_data
->v1
;
float vlim
= Input_data
->vlim
;
float alima
= Input_data
->alima
;
float alimd
= Input_data
->alimd
;
float jmax
= Input_data
->jmax
;
float jmin
= Input_data
->jmin
; T
= Ta
+ Tv
+ Td
;
// 加速段
if
(t
>=
0
&& t
< Tj1
) q
= q0
+ v0
*t
+ jmax
*
pow
(t
,
3
)
/
6
;
else
if
(t
>= Tj1
&& t
< Ta
- Tj1
) q
= q0
+ v0
*t
+
(alima
/
6
)
*
(
3
*
pow
(t
,
2
)
-
3
*Tj1
*t
+
pow
(Tj1
,
2
)
)
;
else
if
(t
>= Ta
- Tj1
&& t
< Ta
) q
= q0
+
(vlim
+ v0
)
*
(Ta
/
2
)
- vlim
*
(Ta
- t
)
- jmin
*
(
pow
(Ta
- t
,
3
)
/
6
)
;
// 匀速段
else
if
(t
>= Ta
&& t
< Ta
+ Tv
) q
= q0
+
(vlim
+ v0
)
*
(Ta
/
2
)
+ vlim
*
(t
- Ta
)
;
// 减速段
else
if
(t
>= Ta
+ Tv
&& t
< T
- Td
+ Tj2
) q
= q1
-
(vlim
+ v1
)
*
(Td
/
2
)
+ vlim
*
(t
- T
+ Td
)
- jmax
*
(
pow
(t
- T
+ Td
,
3
)
/
6
)
;
else
if
(t
>= T
- Td
+ Tj2
&& t
< T
- Tj2
) q
= q1
-
(vlim
+ v1
)
*
(Td
/
2
)
+ vlim
*
(t
- T
+ Td
)
+
(alimd
/
6
)
*
(
3
*
pow
(t
- T
+ Td
,
2
)
-
3
*Tj2
*
(t
- T
+ Td
)
+
pow
(Tj2
,
2
)
)
;
else
if
(t
>= T
- Tj2
&& t
<= T
) q
= q1
- v1
*
(T
- t
)
- jmax
*
(
pow
(T
- t
,
3
)
/
6
)
;
return q
;
}
// 计算速度
float
S_velocity
(
float t
, SCurve_para Input_data
)
{
float T
=
0
, qd
=
0
;
float Ta
= Input_data
->Ta
;
float Tv
= Input_data
->Tv
;
float Td
= Input_data
->Td
;
float Tj1
= Input_data
->Tj1
;
float Tj2
= Input_data
->Tj2
;
float v0
= Input_data
->v0
;
float v1
= Input_data
->v1
;
float vlim
= Input_data
->vlim
;
float alima
= Input_data
->alima
;
float alimd
= Input_data
->alimd
;
float jmax
= Input_data
->jmax
;
float jmin
= Input_data
->jmin
; T
= Ta
+ Tv
+ Td
;
// 加速段
if
(t
>=
0
&& t
< Tj1
) qd
= v0
+ jmax
*
(
pow
(t
,
2
)
/
2
)
;
else
if
(t
>= Tj1
&& t
< Ta
- Tj1
) qd
= v0
+ alima
*
(t
- Tj1
/
2
)
;
else
if
(t
>= Ta
- Tj1
&& t
< Ta
) qd
= vlim
+ jmin
*
(
pow
(Ta
- t
,
2
)
/
2
)
;
// 匀速段
else
if
(t
>= Ta
&& t
< Ta
+ Tv
) qd
= vlim
;
// 减速段
else
if
(t
>= Ta
+ Tv
&& t
< T
- Td
+ Tj2
) qd
= vlim
- jmax
*
(
pow
(t
- T
+ Td
,
2
)
/
2
)
;
else
if
(t
>= T
- Td
+ Tj2
&& t
< T
- Tj2
) qd
= vlim
+ alimd
*
(t
- T
+ Td
- Tj2
/
2
)
;
else
if
(t
>= T
- Tj2
&& t
<= T
) qd
= v1
+ jmax
*
(
pow
(t
- T
,
2
)
/
2
)
;
return qd
;
}
// 计算加速度
float
S_acceleration
(
float t
, SCurve_para Input_data
)
{
float T
=
0
, qdd
=
0
;
float Ta
= Input_data
->Ta
;
float Tv
= Input_data
->Tv
;
float Td
= Input_data
->Td
;
float Tj1
= Input_data
->Tj1
;
float Tj2
= Input_data
->Tj2
;
float alima
= Input_data
->alima
;
float alimd
= Input_data
->alimd
;
float jmax
= Input_data
->jmax
;
float jmin
= Input_data
->jmin
; T
= Ta
+ Tv
+ Td
;
// 加速段
if
(t
>=
0
&& t
< Tj1
) qdd
= jmax
* t
;
else
if
(t
>= Tj1
&& t
< Ta
- Tj1
) qdd
= alima
;
else
if
(t
>= Ta
- Tj1
&& t
< Ta
) qdd
=
-jmin
*
(Ta
- t
)
;
// 匀速段
else
if
(t
>= Ta
&& t
< Ta
+ Tv
) qdd
=
0
;
// 减速段
else
if
(t
>= Ta
+ Tv
&& t
< T
- Td
+ Tj2
) qdd
=
-jmax
*
(t
- T
- Td
)
;
else
if
(t
>= T
- Td
+ Tj2
&& t
< T
- Tj2
) qdd
= alimd
;
else
if
(t
>= T
- Tj2
&& t
<= T
) qdd
=
-jmax
*
(T
- t
)
;
return qdd
;
}
// 计算加加速度
float
S_jerk
(
float t
, SCurve_para Input_data
)
{
float T
=
0
, qddd
=
0
;
float Ta
= Input_data
->Ta
;
float Tv
= Input_data
->Tv
;
float Td
= Input_data
->Td
;
float Tj1
= Input_data
->Tj1
;
float Tj2
= Input_data
->Tj2
;
float jmax
= Input_data
->jmax
;
float jmin
= Input_data
->jmin
; T
= Ta
+ Tv
+ Td
;
// 加速段
if
(t
>=
0
&& t
< Tj1
) qddd
= jmax
;
else
if
(t
>= Tj1
&& t
< Ta
- Tj1
) qddd
=
0
;
else
if
(t
>= Ta
- Tj1
&& t
< Ta
) qddd
=
-jmin
;
// 匀速段
else
if
(t
>= Ta
&& t
< Ta
+ Tv
) qddd
=
0
;
// 减速段
else
if
(t
>= Ta
+ Tv
&& t
< T
- Td
+ Tj2
) qddd
=
-jmax
;
else
if
(t
>= T
- Td
+ Tj2
&& t
< T
- Tj2
) qddd
=
0
;
else
if
(t
>= T
- Tj2
&& t
<= T
) qddd
= jmax
;
return qddd
;
}
/* Headfile.h */ #ifndef _Headfile_H #define _Headfile_H #include "stm32f4xx.h" #include "./can/can1.h" #include "./systick/systick.h" #include "math.h" #include "stdio.h" #include "stdint.h" #include "misc.h" #include "./usart/usart.h" #include "stdlib.h" #include "./key/key.h" #include "./scurve/scurve.h" #endif
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