学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于dSpace的硬件在回路仿真系统研究

作　者: 郎鹏飞
导　师: 裴海龙; 张宇
学　校: 华南理工大学
专　业: 控制工程
关键词: dSpace 快速控制原型 硬件在回路仿真 伺服控制 线性二次型
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 46次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


本文首先介绍了在控制系统的研发过程中一种比较实用的开发方法——快速控制原型(Rapid Control Prototype,简称RCP)技术，RCP技术的主要思想是尽量以虚拟数字环境代替实际工业电路来进行产品设计，这样就可以提高产品研发效率、减少研发成本。将RCP和HIL(Hardware-In-the-Loop)开发方法应用在自控系统电控单元的开发领域中能够大大的缩短产品开发周期，尤其是在汽车、航空航天领域，很多相关企业已经积极采用该方法以降低企业的研发风险和成本。然后本文介绍了来自德国的dSpace系统，该系统是一套具备完整自控系统开发功能的一体化工作平台，能够以快速控制原型开发的方法设计控制器结构并运用硬件在回路仿真进行产品测试，dSpace系统实现了和MATLAB/Simulink/RTW等上位机软件的完美无缝连接。在硬件方面，dSpace系统以高性能的中央处理器板卡为运算核心，利用功能完备的对外输入/输出板卡实现信号的采集和输出；在软件方面，dSpace系统的配套软件能够很好的实现自控系统设计中各个环节所需的所有功能，例如将控制模型自动转换为可执行程序，对运行中的仿真程序进行在线参数调整和数据管理。dSpace系统目前已经成为控制系统设计领域进行RCP&HIL研究开发的首选实时平台。本文试验中所采用的被控对象是一台二轴高精度伺服转台，采用三菱交流伺服电机控制，该电机带有17位编码器，完全能够满足高精度控制的需要。针对实际需求我们选择速度控制模式，对于编码器反馈信号的处理采用DS3001板卡，并通过A/D输入口引入限位信号进行处理，这样搭建起dSpace系统与转台系统的闭环控制系统。在控制器的设计环节中，首先需要得到伺服系统精确的数学模型，我们使用频域辨识的方法拟合出转台的数学模型，并在此模型的基础上设计出LQR状态反馈控制器。得益于dSpace系统的快速控制原型设计理念，只需在上位机的设计mdl文件中修改控制器结构，无需过多改动硬件结构就可以试验修改之后的控制效果，大大节约了开发成本，最终设计出响应速度快、稳定性强、定位精度高的控制器。在控制器结构定型之后，对该自控系统进行硬件在回路仿真，通过dSpace上位机观测软件ControlDesk对转台系统的响应进行图形化分析，结果证明本实验所设计的控制器结构以及所采用的开发方法和思路完全能够满足工业控制上的实际需求。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 研究课题背景及其意义  10-11
  1.2 快速控制原型技术  11-13
    1.2.1 快速控制原型技术的概念  11-12
    1.2.2 快速控制原型技术的发展和现状  12-13
  1.3 硬件在回路仿真  13
  1.4 本文的组织和结构  13-14
第二章 DSPACE 系统在 RCP/HIL 研究中的应用  14-26
  2.1 DSPACE 系统简介  14-15
  2.2 DSPACE 硬件系统  15-23
    2.2.1 DS1006 主处理器板卡  15-17
    2.2.2 DS2003 高速高分辨率 A/D 板卡  17-18
    2.2.3 DS2103 高速 D/A 板  18-19
    2.2.4 DS4002 带定时器数字 I/O 板  19-21
    2.2.5 DS5001 数字波形捕获板  21-22
    2.2.6 其他硬件部分  22-23
  2.3 DSPACE 软件系统  23-25
    2.3.1 DS1006 GNU 编译器  23
    2.3.2 综合实验环境—CONTROLDESK  23
    2.3.3 实验及参数调整自动化—MLIB 和 MTRACE  23-24
    2.3.4 从方框图自动生成仿真源代码—RTI(REAL-TIME INTERFACE)  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章 伺服转台系统及其控制方案  26-36
  3.1 转台介绍  26-30
    3.1.1 转台的应用背景  26-27
    3.1.2 转台的分类  27-28
    3.1.3 转台的性能指标  28-29
    3.1.4 转台的主要功能  29-30
  3.2 伺服转台控制方案分析  30-35
    3.2.1 伺服电机控制  30-33
    3.2.2 编码器信号  33-35
    3.2.3 限位保护信号  35
  3.3 本章小结  35-36
第四章 DSPACE—转台闭环系统的搭建  36-54
  4.1 伺服电机控制方式选择  36-38
  4.2 反馈信号处理  38-41
  4.3 安全保护环节  41-42
    4.3.1 伺服电气安全设置  41
    4.3.2 转台机械结构保护  41-42
  4.4 实时代码生成  42-49
    4.4.1 SIMULINK 代码生成环境配置  43-45
    4.4.2 自动代码生成过程  45-47
    4.4.3 目标源代码结构分析  47-49
  4.5 闭环系统整体结构  49-53
  4.6 本章小结  53-54
第五章 控制器结构设计  54-74
  5.1 伺服系统数学模型的建立  54-59
    5.1.1 伺服系统的数学模型  54-55
    5.1.2 传递函数的频域辨识  55-59
  5.2 LQR 状态反馈控制器设计  59-69
  5.3 硬件在回路仿真测试控制器  69-73
  5.4 本章小结  73-74
第六章 总结与展望  74-76
  6.1 总结  74
  6.2 展望  74-76
参考文献  76-80
致谢  80-81
答辩委员会对论文的评定意见  81

相似论文

  1. 基于DSP的液压注塑机伺服泵控制器设计与实现,TQ320.52
  2. 固体氧化物燃料电池热管理系统的研究与设计,TM911.4
  3. 基于dSPACE的三电平逆变器研究,TM464
  4. 车载“动中通”卫星通信地球站伺服控制系统的研究与设计,TN927.21
  5. 基于dSPACE永磁无刷直流电机控制策略研究,TM33
  6. 基于dSPACE的亚轨道飞行器控制系统半实物仿真研究,TP391.9
  7. 基于ARM9的数控冲床自动送料运动控制系统设计,TG659
  8. 基于EKF的PMSM无位置传感器矢量控制系统性能研究,TM341
  9. 基于快速控制原型的汽车电动助力转向系统研究和开发,U463.444
  10. 线控转向力反馈控制技术研究,U463.4
  11. 气动机械手速度伺服控制系统的研究,TP241
  12. 高速机床伺服进给系统定位精度的控制研究,TG659
  13. 楔形板液压厚度控制技术研究,TG335.56
  14. 基于dSPACE的列车自动驾驶仿真系统的设计与实现,U284.48
  15. 计算机网络教学资源整合系统的设计与实现,TP311.52
  16. 电动汽车永磁同步电机直接转矩控制算法研究与实现,TM341
  17. 同步卫星用单摆镜式粗跟踪系统研究,V556
  18. 飞机运动仿真平台控制系统研究,V216.8
  19. 基于dSPACE的迭代学习控制研究,TP13
  20. 六自由度教学机器人手臂系统研究,TP242
  21. 基于DSP的交流伺服控制系统的设计,TP368.1

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
© 2012 www.xueweilunwen.com