基于ARM的伺服控制系统设计与研究

论文摘要

目前,无刷直流电机因其具有有刷直流电机的优良特性以及交流电机的频率变化特性,在市场中的需求不断增长,使用范围也不断扩大。但与此同时,用户对其系统的控制性能也不断提出要求。所以需要设计一套伺服控制系统,以满足广大用户对无刷直流电机的宽调速范围、抗干扰等性能的要求。嵌入式系统以其集成度高、实时性强、可多任务操作等特点,在电子技术和软硬件技术中使用广泛。32位ARM处理器价格低廉,功能强大,且开发起来简单。考虑到以上因素,本设计以ARM （S3C44B0X）为核心处理器,通过进行嵌入式系统的开发以及外围设备的扩展,设计了一套以无刷直流电机为研究对象的伺服控制系统。硬件包括：ARM外围电路设计（电源电路、串行通信电路、JTAG接口电路等）、三相全桥逆变功率驱动电路和检测电路（电流检测和位置检测）。软件包括：伺服控制系统软件总体设计、实时操作系统μC/OS-Ⅱ在ARM （S3C44B0X）上的移植、系统初始化、系统中断程序、电机控制信号产生及控制策略部分。为了提高电机在不同环境下的调速性能和抗干扰性能,在工程设计方法的基础上,电机控制策略采用电流、速度双闭环的自适应模糊PI控制算法,利用MATLAB对其进行仿真并进行结果分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 伺服系统及无刷直流电机的现状
• 1.2.1 伺服系统的现状
• 1.2.2 无刷直流电机的现状
• 1.3 本设计的主要内容
• 2 伺服系统总体设计方案及控制策略的工程设计方法
• 2.1 伺服系统的组成结构
• 2.1.1 伺服系统的硬件组成
• 2.1.2 伺服系统的软件组成
• 2.2 无刷直流电机及其工程设计方法介绍
• 2.2.1 无刷直流电机组成及原理
• 2.2.2 无刷直流电机模型介绍
• 2.2.3 工程设计方法设计无刷直流电机电流与速度双闭环调节器
• 2.3 工程设计方法验证及仿真
• 2.4 本章小结
• 3 伺服系统的硬件设计
• 3.1 ARM处理器简介
• 3.2 ARM外围硬件设计
• 3.2.1 电源模块
• 3.2.2 串行接口电路
• 3.2.3 JTAG接口电路
• 3.3 三相全桥逆变电路及驱动电路
• 3.4 检测模块
• 3.4.1 电流检测
• 3.4.2 位置检测
• 3.5 小结
• 4 伺服系统的软件设计
• 4.1 伺服系统设计总体流程概述
• 4.2 嵌入式实时操作系统移植
• 4.2.1 嵌入式实时操作系统概述
• 4.2.2 μC/OS-Ⅱ移植
• 4.3 系统初始化
• 4.4 系统中断程序
• 4.5 信号采集
• 4.6 电机控制信号
• 4.7 ARM调试
• 4.8 小结
• 5 算法改进
• 5.1 控制算法改进的原因
• 5.2 自适应模糊PI控制算法
• 5.3 自适应模糊PI建模与仿真
• 5.4 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录 硕士研究生学习阶段发表论文