论文摘要
随着嵌入式技术的不断发展,它在工业控制领域的应用也越来越受到人们的关注,并发挥着重要的作用。其中,ARM系列的处理器由于各种优点,是近年来在嵌入式系统方面最具有影响力的微处理器。调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的伺服系统之一。由于近年来微电子和电力电子技术突飞猛进的发展使得直流调速控制系统朝着数字化、模块化的方向发展,乃至实现全数字化的直流调速控制系统。研究与开发以ARM为核心的直流伺服电机控制系统是直流伺服电机控制方面的一个较新的领域,也是直流伺服电机控制发展趋势之一。因此,本文设计开发基于ARM的直流电机调速系统,为ARM在伺服技术中的进一步应用提供了验证。本系统以ARM处理器为控制器,包括人机交互界面,直流电机组及其驱动模块,负载及其驱动模块等部分。ARM控制器通过A/D采集转速得到误差信号,然后在一定算法运算后,通过D/A转换控制直流电动机,从而达到控制转速的目的。另外,ARM控制器还可以通过D/A转换来设定负载,便于研究直流电机调速系统在不同负载下的静态和动态特性。论文首先给出了总体设计方案；然后进行硬件设计,包括ARM处理器及其基本电路、直流电动机及其驱动电路,直流测速发电机及其采样电路,负载模块及其驱动电路等。在系统硬件搭建完成后,进行了软件设计,主要包括Linux系统移植,Yaffs2文件系统移植、硬件设备驱动移植、人机交互界面设计开发,并且进行数字控制器的研究与设计,采用了较为先进的单神经元PID控制算法。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 研发背景1.2 发展概况1.2.1 嵌入式系统的发展概况1.2.2 伺服系统及直流电机调速系统的发展概况1.3 本文的主要工作第2章 直流电机调速系统的总体设计2.1 直流电机调速系统的结构设计2.2 直流电机调速系统的功能和工作原理2.3 系统的硬件与软件开发环境介绍2.3.1 硬件开发环境PORTEL 99se2.3.2 嵌入式操作系统2.3.3 代码编辑器Notepad++2.3.4 交叉编译工具链2.4 本章小结第3章 直流电机调速系统的硬件设计3.1 核心处理芯片ARM3.1.1 ARM处理器简介3.1.2 ARM处理器S3C2440A3.2 人机交互界面的硬件设计3.2.1 7 inch LCD3.2.2 触摸屏3.2.3 LCD和触摸屏的选型及控制电路3.3 直流电动机及其驱动电路的硬件设计3.3.1 永磁直流电动机3.3.2 单相直流整流模块3.3.3 光电隔离电路3.3.4 数模转换器TLV56383.4 直流发电机及其信号处理电路的硬件设计3.4.1 永磁直流发电机3.4.2 转速信号预处理电路3.4.3 模数转换器MAX1443.5 电流反馈信号处理电路的硬件设计3.6 负载及其控制电路的硬件设计3.6.1 磁粉制动器3.6.2 压控直流源3.7 本章小结第4章 直流电机调速系统的软件设计4.1 搭建嵌入式系统开发环境4.1.1 虚拟机VMware及Linux系统4.1.2 建立Samba服务器4.1.3 建立交叉编译环境4.1.4 调试终端SecureCRT4.2 Bootloader的开发与下载4.3 Linux系统的内核精简与移植4.3.1 裁剪内核4.3.2 Linux内核的系统配置4.4 Yaffs2根文件系统的裁剪移植4.5 设备驱动的开发4.5.1 AD和DA驱动程序开发4.5.2 LCD驱动程序的开发4.5.3 触摸屏驱动程序开发4.6 图形界面以及应用程序的开发4.6.1 建立Qt图形界面交叉编译环境4.6.2 图形界面及应用程序的设计与实现4.7 本章小结第5章 直流电机调速系统的控制算法研究5.1 电机调速系统数学模型的建立5.1.1 直流电动机的数学模型5.1.2 电流环反馈数学模型5.1.3 电动机驱动电路数学模型5.1.4 直流测速电机的数学模型5.1.5 直流电机调速系统的数学模型5.2 常规PID串级控制算法的研究5.2.1 电流调节器ACR的设计5.2.2 转速调节器ASR的设计5.2.3 串级PID控制算法MATLAB仿真5.3 单神经元PID控制5.3.1 单神经元PID控制概论5.3.2 单神经元PID控制算法MATLAB仿真5.3.3 实验结果5.4 本章小结第6章 总结与展望参考文献致谢
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