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基于DSP的无轴传动控制器设计与开发

作　者: 王艳平
导　师: 刘宏立
学　校: 湖南大学
专　业: 电路与系统
关键词: 无轴传动 TMS320F2812 控制策略 SERCOS接口
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

无轴传动技术是一门新兴的、跨学科的、综合性的技术,是电气传动技术、控制技术、网络通信技术和机械技术的有机结合。无轴传动具有传动精度高、传动比范围宽、结构简化、调整方便等优点,可以替代传统机械传动来实现准确的传动关系。在印刷机、大型同步轧机、机械加工等要求实现多轴同步传动的领域都有着广阔的应用前景。本文对无轴传动技术进行了全面、深入与系统的研究和探讨,特别是无轴传动同步控制策略。具体分析了两种无轴传动同步控制策略：同步主参考控制策略SMR和电子长轴控制策略ELS,并对两种同步结构进行了详细的比较,指出这两种控制策略优缺点。在实际应用中要综合考虑传动要求、传动精度、经济性与控制能力等方面的因素,以选择合适的同步控制策略。控制器是无轴传动系统的核心,它为系统功能的实现提供了硬件平台。无轴传动控制器要实现多伺服电机的同步运动控制,自主开发无轴传动控制器,掌握无轴传动的核心技术,能够提高国产无轴传动设备的竞争力。本文结合无轴传动系统的特点和系统结构,比较了并行和串行两种控制器,对无轴传动控制系统中主站的控制单元进行研究和设计,重点研究了串行无轴传动控制器SERCOS接口卡,详细地设计了其硬件结构和软件流程,给出了无轴传动系统中主站控制功能和主站驱动功能,此串行控制器SERCOS接口卡能够完成对大量轴的高精度同步运动控制,并能实现无轴传动系统的同步运行。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-12
附表索引  12-13
第1章绪论  13-18
  1.1 无轴传动技术概述  13
  1.2 无轴传动技术的特点  13-15
    1.2.1 传统传动系统与无轴传动系统结构比较  13-14
    1.2.2 无轴传动技术的优点  14-15
  1.3 无轴传动的应用及发展现状  15-16
  1.4 课题的研究背景及意义  16
  1.5 课题主要研究内容  16-18
第2章无轴传动控制器设计理论基础  18-33
  2.1 同步驱动原理  18-19
  2.2 无轴传动同步控制策略的研究  19-22
    2.2.1 基于命令前馈的电机拖动系统模型  19-20
    2.2.2 同步主参考控制策略  20-21
    2.2.3 电子长轴控制策略  21-22
  2.3 基于MATLAB/SIMULINK仿真及结果分析  22-27
    2.3.1 电机拖动系统模型参数设置及仿真  22-24
    2.3.2 虚拟主导轴及SMR控制策略同步参数的设置及仿真  24-26
    2.3.3 ELS控制策略同步仿真分析  26-27
  2.4 两种控制策略的比较  27-28
  2.5 无轴传动控制器开发技术  28-32
  2.6 本章小结  32-33
第3章无轴传动串行控制器总体设计  33-43
  3.1 串行方式控制器的设计要求  33
  3.2 控制器SERCOS接口卡硬件总体设计  33-38
    3.2.1 硬件结构框图设计  33-34
    3.2.2 微处理器选型  34-36
    3.2.3 SERCOS总线控制芯片选型  36-37
    3.2.4 其他芯片的选型  37-38
  3.3 软件总体设计  38-42
    3.3.1 报文结构  38-39
    3.3.2 工作流程总体设计  39-41
    3.3.3 主程序和中断程序流程设计  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章无轴传动串行控制器硬件模块设计  43-54
  4.1 SERCON816连接电路设计  43-46
    4.1.1 总线模式的选择  43
    4.1.2 控制寄存器与RAM的选择  43-44
    4.1.3 读/写控制  44
    4.1.4 地址计算  44-45
    4.1.5 晶振电路设计  45
    4.1.6 中断电路、时钟与复位电路设计  45-46
    4.1.7 电源设计  46
  4.2 SERCON816通讯接口设计  46-49
    4.2.1 波特率设置  46-47
    4.2.2 转发器的设置  47
    4.2.3 串行输出与输入引脚的设置  47-49
  4.3 SERCON816连接图  49
  4.4 TMS320F2812连接电路设计  49-53
    4.4.1 TMS320F2812电源设计  50
    4.4.2 CAN总线接口及RS232接口电路  50-51
    4.4.3 同步控制信号电路  51-52
    4.4.4 外部储存器扩展  52
    4.4.5 基于I~2C总线的E~2PROM及LED显示接口  52-53
  4.5 本章小结  53-54
第5章无轴传动控制器软件设计  54-62
  5.1 控制器中SERCON816的初始化  54-57
    5.1.1 SERCON816的初始化流程  54
    5.1.2 参数计算  54-55
    5.1.3 参数加载与校验  55-56
    5.1.4 SERCON816的部分初始化函数  56-57
  5.2 控制器SERCOS接口的初始化  57-58
    5.2.1 初始化五个阶段  57
    5.2.2 接口初始化流程  57-58
  5.3 IDN数据结构  58-59
  5.4 主站非周期性数据传输  59-61
    5.4.1 过程命令传送机制  60-61
    5.4.2 过程命令处理  61
  5.5 本章小结  61-62
总结与展望  62-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
附录A 攻读学位期间发表的论文  68-69
附录B 完整的电路图  69

基于DSP的无轴传动控制器设计与开发

内容摘要

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