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基于ARM的光电跟踪系统伺服控制器设计

作　者: 蒋锋
导　师: 李变侠
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 嵌入式系统 伺服控制器 ARM S3C44B0X 控制算法
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 205次
引　用: 2次
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内容摘要


本文首先介绍了国内外光电跟踪测量设备的发展状况,阐述了本文的研究意义。为了提高光电经纬仪的跟踪精度,越来越多的复杂实时算法被应用到伺服控制当中,这就要求伺服控制器能够在越来越短的时间内完成大量的运算,即对伺服控制器的运算性能提出了更高的要求。而传统的经纬仪伺服系统控制器大都采用工控机+板卡结构,要组成实际应用的伺服控制器还需要叠加多块板卡,不仅增大了控制系统的体积,降低了可靠性,而且成本高昂。鉴于以上原因,从提高伺服控制器的性价比和可靠性的角度出发,本文从硬件、软件到算法,设计了一套基于S3C44B0X平台的数字伺服控制器。文中深入探讨S3C44B0X最小系统以及设计中使用到的外围电路JTAG、双口RAM、光电隔离和液晶显示器等的设计方案。针对系统的硬件设计方案给出了S3C44B0X系统底层各个模块的驱动方法,并讨论了实时控制的可行性。文中还叙述了光电跟踪伺服控制领域经典的速度回路和位置回路组成的双闭环控制结构和数字PID算法;在硬件设计的基础上,论述了系统软件的设计,包括部分S3C44B0X功能模块的软件设计和伺服控制系统软件的设计。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章 引言  7-13
  1.1 光电经纬仪及其跟踪伺服系统简介  7-8
  1.2 光电跟踪伺服系统的发展状况  8-10
  1.3 论文的研究意义  10-11
  1.4 论文的主要研究内容  11-13
第二章 伺服控制技术与数字PID控制  13-27
  2.1 伺服控制技术简述  13-17
    2.1.1 伺服控制技术的特征  14-15
    2.1.2 伺服系统的组成原理  15
    2.1.3 伺服系统的控制方式  15-17
  2.2 PID控制原理  17-18
  2.3 数字PID算法  18-22
    2.3.1 位置式PID控制算法  18-20
    2.3.2 增量式PID控制算法  20-22
  2.4 数字PID算法的改进  22-27
    2.4.1 积分分离PID控制算法  22
    2.4.2 遇限削弱积分PID控制算法  22-23
    2.4.3 不完全微分PID控制算法  23-25
    2.4.4 速度和加速度前馈补偿算  25-27
第三章 光电跟踪伺服控制器的总体设计  27-33
  3.1 光电跟踪测量系统的总体结构  27-28
  3.2 控制方案的总体设计  28-30
  3.3 伺服控制器的功能模块  30-31
  3.4 实时控制的可行性  31-33
第四章 伺服控制器硬件设计  33-49
  4.1 ARM处理器介绍  33-34
  4.2 S3C44B0X芯片分析  34-36
  4.3 最小系统设计  36-41
    4.3.1 FLASH和RAM存储器设计  36-38
    4.3.2 系统时钟设计  38-39
    4.3.3 系统复位电路设计  39
    4.3.4 JTAG接口设计  39-41
  4.4 外围电路设计  41-46
    4.4.1 电源模块电路设计  41
    4.4.2 液晶显示接口设计  41-43
    4.4.3 双口RAM电路的设计  43-46
    4.4.4 光电隔离电路的设计  46
  4.5 电磁兼容性设计  46-49
第五章 系统软件设计  49-60
  5.1 集成开发环境概述  49
  5.2 系统的初始化模块  49-54
    5.2.1 存储器配置  50-52
    5.2.2 I/O端口初始化  52-53
    5.2.3 PWM定时器初始化  53-54
  5.3 液晶显示模块程序设计  54-55
  5.4 伺服控制系统程序设计  55-60
    5.4.1 主程序设计  55-57
    5.4.2 外引导流程图  57-58
    5.4.3 自动跟踪流程图  58-59
    5.4.4 PID控制算法  59-60
第六章 总结与展望  60-62
  6.1 论文总结  60
  6.2 研究展望  60-62
参考文献  62-64
攻读硕士学位期间发表论文  64-65
致谢  65-66
附录  66

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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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