基于DSP的随动控制系统的设计与实现

论文摘要

随动控制系统是自动控制系统中的一类,在民用、工业、军事等领域都得到了广泛的应用。它的应用在不同程度上将人类从繁重单调的体力劳动中解放出来,甚至在某些方面已经实现了无人值守工作。本文根据某工程项目需要设计了一套随动控制系统,其目的是实现由一台上位控制计算机同时控制多个随动系统单元,借以实现对多个受控对象的运动控制。多个受控对象的运动控制系统以RS485总线通信方式与上位控制计算机相连,为保证各个受控对象都能够及时、准确地接收上位控制计算机传送的数据或者指令信息,在系统的软件设计中设计了一套比较可靠的通信协议。受控对象的运动控制系统以典型的随动控制系统模式架构,采用交流伺服电机并配合一定减速比的行星减速器作为执行元件,平稳地驱动受控对象运转。随动控制系统采用高精度双通道旋转变压器作为位置检测元件,在软件程序中以粗精通道组合的方式,实现了随动控制系统位置跟踪的高精度。以DSP为主控芯片设计的随动控制器,充分发挥了DSP处理速度快,适合复杂算法的特点。在一个时间极短的控制周期内使得随动控制器能够完成接收上位控制计算机发出的目标位置指令,采样系统的实际位置信息,通过分区PID和前馈补偿控制算法得出控制量,经过D／A转换、放大,输入至交流电动机驱动器,驱动电机运转,带动受控对象指向给定的位置等工作。该系统己完成系统总体、随动系统硬件、软件的设计实现工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 工程背景
• 1.2 数字伺服系统发展现状及趋势
• 1.2.1 数字控制技术的发展
• 1.2.2 数字伺服系统电动机的发展趋势
• 1.3 本文所做的工作及章节安排
• 2 随动控制系统总体方案设计
• 2.1 随动控制系统主要功能
• 2.2 随动系统性能指标
• 2.3 随动控制系统设计方案
• 2.3.1 随动控制系统与上位控制计算机的联接
• 2.3.2 随动控制器主控芯片选择
• 2.3.3 电机及驱动器选择
• 2.3.4 动力减速器的选择
• 2.3.5 位置检测元件选择
• 2.3.6 D/A转换元件选择
• 2.3.7 电源模块选择
• 2.4 随动控制系统中轴角的表示
• 2.5 本章小节
• 3 随动控制器硬件电路设计与实现
• 3.1 随动控制器设计要求
• 3.2 DSP最小系统设计
• 3.2.1 LF2407A主要引脚配置说明
• 3.2.2 程序存储器扩展
• 3.2.3 JTAG仿真接口
• 3.2.4 外部缓存选通译码
• 3.2.5 逻辑电平转换
• 3.2.6 DSP芯片供电电路
• 3.3 通信单元
• 3.4 轴角编码单元
• 3.5 D/A转换单元
• 3.6 电机驱动器控制
• 3.6.1 电机驱动器I/O口功能说明
• 3.6.2 实现方式
• 3.7 系统运行状态显示单元
• 3.8 PCB制板抗干扰设计
• 3.9 本章小节
• 4 随动系统软件设计与实现
• 4.1 随动控制系统软件总体设计
• 4.2 系统文件配置
• 4.3 DSP初始化配置
• 4.3.1 系统寄存器配置
• 4.3.2 I/O寄存器配置
• 4.3.3 通用定时器寄存器设置
• 4.3.4 软件看门狗
• 4.4 系统运行状态显示程序
• 4.5 DSP通信协议
• 4.5.1 主从通信方式
• 4.5.2 通信内容定义
• 4.5.3 软件编程
• 4.6 位置数据输入模块
• 4.7 随动系统控制策略
• 4.7.1 分区PID控制
• 4.7.2 前馈控制
• 4.7.3 控制策略的程序实现
• 4.8 D/A输出模块
• 4.9 系统软件流程设计
• 4.10 本章小节
• 5 系统调试与测试
• 5.1 系统组装
• 5.1.1 系统中存在的干扰源
• 5.1.2 系统干扰抑制
• 5.2 系统调试
• 5.2.1 电机驱动器内部参数配置
• 5.2.2 驱动器带电机自运行模式
• 5.3 参数调校与效果
• 5.3.1 参数调校
• 5.3.2 实验结果分析
• 5.4 本章小节
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录