基于DSP和CPLD的多轴运动控制器的设计与研究

论文摘要

开放式控制系统的研究被称为制造业的第三次革命。我国制造业产品落后,技术水平低,信息含量少,更新换代慢,面临着调整、改造和优化的艰巨任务。因此,研究和发展开放性控制系统具有广阔的前景。开放式运动控制器是开放式控制系统的重要组成部分,开放式运动控制结构已成为当今运动控制器研究的主流。本文首先采用运动控制器嵌入工业计算机的运动控制结构,设计和研究四轴开放式运动控制器。运动控制器采用TI公司的DSP芯片TMS320LF2407为核心处理器,以CPLD为逻辑处理和运算器件完成了运动控制器的硬件资源分配模块、编码器接口模块、PCI通讯模块等功能模块的设计。其次,对双端口RAM数据缓存技术进行了研究。合理的内存分配不仅解决了访问竞争的矛盾,而且大大提高了数据交换的速度。编制了PCI9054的计算机驱动程序和内存读写程序。采用PID控制算法,结合现代控制理论的方法,根据控制对象的特性对各参数进行调整,并用MatLab完成了算法仿真,实验证明该算法具有较好的响应特性,并对控制对象的控制过程进行了合理的规划。最后进行了运动控制器的安装与调试,对控制器的各个功能模块分别进行了调试,实验证明该控制器具有良好的控制特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外运动控制器的发展现状
• 1.2.1 国外运动控制器的研究现状
• 1.2.2 国内运动控制器的研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 运动控制器总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 系统设计的原则及目标
• 2.2.1 系统设计的原则
• 2.2.2 系统设计的目标
• 2.3 运动控制器总体方案设计
• 2.4 TMS320LF2407简介
• 2.4.1 电源、时钟模块
• 2.4.2 存储器扩展电路模块
• 2.5 PCI总线概述
• 2.6 控制器用户接口
• 2.6.1 模拟量输入接口
• 2.6.2 模拟量输出接口
• 2.7 本章小结
• 第3章 运动控制器硬件系统的设计
• 3.1 引言
• 3.2 硬件资源再分配模块设计
• 3.3 编码器接口设计
• 3.3.1 CLPD芯片的选型和特点
• 3.3.2 CPLD编码器接口设计
• 3.4 PCI通讯接口模块设计
• 3.4.1 PCI通讯接口系统组成
• 3.4.2 PCI串行 EEPROM配置
• 3.4.3 PCI电源功耗分配
• 3.5 硬件系统设计中应注意的问题
• 3.5.1 PCI板卡布局布线
• 3.5.2 系统工作环境
• 3.6 本章小结
• 第4章 运动控制器软件系统的设计
• 4.1 引言
• 4.2 运动控制器软件总体设计
• 4.2.1 TMS320LF2407编译器 CCS2.0简介
• 4.2.2 VHDL编程技术
• 4.3 双端口RAM数据缓存技术
• 4.4 运动控制算法的实现
• 4.4.1 校正控制方式的选择
• 4.4.2 控制对象模型的建立
• 4.4.3 PI校正及参数选择
• 4.5 控制系统状态观测器设计
• 4.5.1 系统的状态空间方程
• 4.5.2 系统能观性和能控性的判定
• 4.5.3 系统状态观测器的设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 系统的安装与调试
• 5.1 引言
• 5.2 电源管理模块的调试实验
• 5.3 模拟量输出模块的调试实验
• 5.4 脉冲信号量输出模块的调试实验
• 5.5 PCI通讯模块的调试实验
• 5.5.1 PCI驱动程序的安装
• 5.5.2 PCI通讯状态的调试与检验
• 5.6 控制系统联合调试实验
• 5.7 系统电磁兼容性分析
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录 A