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嵌入式数字交流伺服系统实验平台的开发与实现

作　者: 杨飞波
导　师: 樊卫华
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 伺服系统 运动控制卡 ARM LCD触摸屏
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


随着科学技术的飞速发展,基于嵌入式技术的交流伺服系统已经被广泛地应用于社会的诸多行业。因而,研究高性能的交流伺服系统及其控制技术有着重要的现实意义。本文以实验室建设项目“嵌入式数字交流伺服系统实验平台”为背景,针对系统的两种工作模式：控制策略验证模式和演示模式,研制了以ARM+CPLD为核心的运动控制卡。本文主要工作如下：首先,基于交流伺服系统实验平台的两种工作模式,分析了运动控制卡需要实现的功能,并给出了运动控制卡软硬件的总体设计方案。其次,介绍了运动控制卡的硬件电路设计。给出了电源电路、LPC1754最小系统电路、通信接口电路、系统保护模块电路、RDC电路、DA电路、400Hz激磁信号发生电路和信号隔离电路等电路的详细设计。完成了运动控制卡的PCB电路的设计。再次,采用模块化设计的方法设计了运动控制卡的软件。介绍了400Hz激磁信号发生模块、轴角位置信息采集模块、DA模块、通信模块、输入信号发生模块、位置控制模块及LCD触摸屏显示模块等模块的详细设计流程。并对PID控制的结构与参数调整进行了探讨。最后,通过连接交流伺服系统实验平台,对整个系统进行了联调与测试。结果表明,本文设计的运动控制卡能够实现预定的功能。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题的研究背景和意义  8
  1.2 交流伺服系统运动控制卡的概况  8-10
  1.3 交流伺服系统的控制策略  10-11
    1.3.1 传统控制策略  10
    1.3.2 现代控制策略  10-11
    1.3.3 智能控制策略  11
    1.3.4 交流伺服系统控制策略的发展趋势  11
  1.4 本文的研究内容  11-13
2 系统总体设计  13-22
  2.1 伺服系统实验平台简介  13-15
    2.1.1 伺服系统实验平台的结构  13
    2.1.2 伺服系统实验平台的主要部件介绍  13-15
  2.2 系统需求分析  15-17
  2.3 系统总体方案  17-21
    2.3.1 硬件总体方案  18
    2.3.2 软件总体方案  18-20
    2.3.3 系统主要器件选型  20-21
  2.4 本章小结  21-22
3 交流伺服系统硬件设计  22-43
  3.1 电源电路  23-26
  3.2 LPC1754最小系统电路  26-28
    3.2.1 复位电路  27
    3.2.2 系统时钟电路  27
    3.2.3 JTAG调试接口电路  27-28
  3.3 通信接口电路  28-30
    3.3.1 RS232接口电路  28-29
    3.3.2 USB接口电路  29
    3.3.3 LCD触摸屏接口电路  29-30
  3.4 保护模块电路  30-34
    3.4.1 CPLD保护电路  32
    3.4.2 CPLD保护电路功能的实现  32-34
  3.5 400Hz激磁信号发生及调理电路  34-36
  3.6 旋转变压器—数字转换器及其调理电路  36-39
  3.7 DA转换及其调理电路  39-41
  3.8 隔离模块电路  41-42
  3.9 本章小结  42-43
4 交流伺服系统软件设计  43-67
  4.1 基于LPC1754的软件总体设计  43-47
  4.2 通信模块软件设计  47-51
    4.2.1 USB通信软件设计  47-50
    4.2.2 UART通信软件设计  50-51
  4.3 400Hz激磁信号产生的软件设计  51-53
  4.4 RDC模块软件设计  53-55
  4.5 DA模块软件设计  55
  4.6 HMI—LCD触摸屏的软件设计  55-59
    4.6.1 显示功能的软件设计  56-57
    4.6.2 触控功能的软件设计  57-59
  4.7 控制策略的研究  59-66
    4.7.1 经典PID控制策略  60-61
    4.7.2 积分分离式PID控制策略  61-63
    4.7.3 控制策略参数的整定方法  63-66
  4.8 本章小结  66-67
5 系统的联调测试及结果分析  67-74
  5.1 伺服驱动器初始化设置  67
  5.2 几个重要模块测试  67-71
    5.2.1 400Hz激磁信号发生测试  68-69
    5.2.2 速度指令测试  69
    5.2.3 UART串口通信测试  69-70
    5.2.4 USB接口通信测试  70-71
  5.3 系统的联调测试  71-73
    5.3.1 控制策略验证模式测试  71-72
    5.3.2 系统演示模式测试  72-73
  5.4 本章小结  73-74
6 总结与展望  74-76
  6.1 论文总结  74
  6.2 展望  74-76
致谢  76-77
参考文献  77-81
附录  81

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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