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基于DSP的运动控制器控制系统设计

作　者: 郝尚华
导　师: 孔凡国
学　校: 五邑大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 开放式数控系统 运动控制 三次B样条曲线 插补 位置控制
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 170次
引　用: 2次
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内容摘要


开放式数控系统和高性能的运动控制器已成为当今数控技术的发展方向。运动控制器的应用已走出机械加工行业,越来越多地应用于其它工业自动化设备控制。本文以基于TI公司的16位定点DSP芯片TMS320LF2407A的运动控制器为研究对象,简单介绍了其硬件组成,并对该运动控制器的控制系统设计进行了详细阐述。论文的主要研究内容如下:通过分析国内外运动控制技术的发展现状,并结合开放式数控系统的最新研究成果,开发了基于DSP的多轴运动控制器控制系统,实现多任务实时操作系统μC/OS-Ⅱ在TMS320LF2407A的移植,采用了先进的插补算法与位置控制算法。在运动控制器的硬件设计方面,设计了系统电源、时钟、复位、JTAG仿真接口、液晶驱动、键盘输入、存储器扩展、DAC扩展等电路。构建了PC-DSP的USB通信电路。介绍了将实时嵌入式系统μC/OS-Ⅱ移植入控制器的实现方法,并提出了优化方法,从而提高了系统的可靠性、稳定性。在控制算法上,详细分析了位置常规PID控制算法的特点,采用了一种简单、收敛速度快的单神经元自适应PID控制算法。采用了基于三次B样条曲线的实时恒速插补算法,在三次B样条算法的基础上,详细阐述了运动控制系统中三次B样条恒速插补算法的优越性,并用VC对算法进行了仿真实现。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 课题来源  8
  1.2 研究背景  8-9
  1.3 国内外研究状况  9-11
  1.4 本课题研究内容  11-12
第二章 运动控制系统总体设计  12-18
  2.1 DSP运动控制卡的总体结构  12-13
  2.2 DSP控制芯片  13-14
  2.3 μC/OS-Ⅱ的移植  14-15
  2.4 三次B样条曲线插补  15-17
  2.5 本章小结  17-18
第三章 运动控制系统硬件设计  18-31
  3.1 TMS320LF2407A芯片特点  18-19
  3.2 DSP辅助电路设计  19-24
    3.2.1 供电电路设计  19-20
    3.2.2 时钟电路设计  20
    3.2.3 复位电路设计  20-21
    3.2.4 JTAG仿真接口设计  21
    3.2.5 液晶显示屏和键盘输入接口  21-23
    3.2.6 D/A转换电路设计  23-24
  3.3 控制电压转换电路  24-25
  3.4 存储器扩展电路  25-26
  3.5 光电隔离电路设计  26-27
  3.6 USB总线与DSP通讯电路设计  27-30
    3.6.1 USB接口芯片选择  28
    3.6.2 ISP-1581的特性  28-29
    3.6.3 ISP-1581的引脚介绍  29
    3.6.4 USB-DSP通讯电路设计  29-30
  3.6 运动控制器硬件开放性的实现  30
  3.7 本章小结  30-31
第四章 基于TMS320LF2407A的μC/OS-Ⅱ的移植  31-49
  4.1 μC/OS-Ⅱ结构  31-33
  4.2 移植的可行性分析  33-35
  4.3 μC/OS-Ⅱ在TMS320LF2407A上的移植  35-45
    4.3.1 编写OS_CPU.H  35
    4.3.2 编写OS_CPU_C.C  35-39
    4.3.3 编写OS_CPU_A.ASM  39-42
    4.3.4 系统配置文件  42-45
  4.4 系统软件调度机制  45-46
  4.5 μC/OS-Ⅱ系统优化  46-48
  4.6 本章小结  48-49
第五章 位置控制算法设计  49-57
  5.1 位置控制系统组成及原理  49-50
    5.1.1 位置控制系统组成  49-50
    5.1.2 位置控制系统工作原理  50
  5.2 位置控制数据处理流程  50-51
  5.3 传统PID控制算法  51-52
  5.4 神经网络改进的PID控制算法  52-56
    5.4.1 人工神经网络特点  52-53
    5.4.2 单神经元模型  53
    5.4.3 人工神经网络的学习规则  53-54
    5.4.4 基于单神经元的自适应PID控制  54-56
  5.5 本章小结  56-57
第六章 插补算法设计  57-72
  6.1 插补方法分类  57-59
    6.1.1 脉冲增量插补  58
    6.1.2 数据采样插补  58-59
  6.2 逐点比较插补算法  59-66
    6.2.1 逐点比较直线插补算法  59-62
    6.2.2 逐点比较圆弧插补算法  62-65
    6.2.3 逐点比较插补算法的算法实现  65-66
  6.3 三次B样条插补算法  66-71
    6.3.1 B样条曲线的定义  66-67
    6.3.2 三次B样条曲线的方程  67
    6.3.3 三次B样条曲线的反算  67-68
    6.3.4 三次B样条曲线插补算法设计  68-70
    6.3.5 三次B样条曲线插补算法的软件设计  70-71
  6.4 本章小结  71-72
结束语  72-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
硕士期间发表的论文  78

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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