基于DSP的二自由度并联机构控制技术研究

论文摘要

本文以一个平面二自由度并联机构为对象,从机构型综合、运动学分析、控制系统数学模型的建立、数字控制系统的设计与实现、样机设计制造、轨迹规划及实现几个方面进行了研究。合理的机构设计是充分发挥并联机构性能的基础。在研究了现有的少自由度并联机构的基础上,设计了一种平面二自由度并联机构并制造了实验样机。进一步对机构进行了运行学分析,得到了机构运动学反解的数学模型,为机构的控制奠定了基础。在控制系统的建立方面,我们选择了步进电机驱动的开环控制。首先建立了支链控制系统的数学模型,分析了该系统的稳定性、稳态偏差以及怎样去补偿这个偏差。运动控制器方面,我们选择了高性能的DSP,并建立了’一套基于DSP芯片TMS320F2812的数字控制系统。控制系统包括DSP控制器、电机驱动模块、步进电机和减速器模块。这样的控制系统具有性能高、集成度高、软件开发方便等一系列优点。在机构运动学模型的基础上,对机构进行了轨迹规划,得出了控制算法。在集成开发环境CCS2下编制了系统的控制程序。最后针对一种具体轨迹的程序进行了验证,得出了仿真曲线,证明了模型建立的正确性和系统设计的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 少自由度并联机构的研究现状
• 1.1.1 球面二自由度并联机构的研究现状
• 1.1.2 平面二自由度并联机构的研究现状
• 1.2 并联机构控制系统的配置
• 1.2.1 基于工控机的控制系统
• 1.2.2 基于单片机、DSP的控制系统
• 1.3 并联机构控制技术的研究现状
• 1.3.1 并联机构的控制分类及特点
• 1.3.2 控制中需解决的关键问题
• 1.3.3 控制技术的发展趋势
• 1.4 本文选题的意义和所做的工作
• 2 二自由度并联机构的设计及分析
• 2.1 二自由度并联机构结构介绍
• 2.2 二自由度并联机构运动学分析的研究内容
• 2.3 机构位置分析
• 2.3.1 并联机构位置正解
• 2.3.2 机构位置反解
• 2.4 机构速度分析
• 2.5 二自由度并联机构的工作空间分析
• 2.6 机构奇异位置的分析
• 2.7 机构动力学分析
• 2.7.1 平面二自由度并联机构的动力学模型建立
• 2.8 机械结构设计
• 2.8.1 动平台设计
• 2.8.2 动平台,连杆,曲柄及连接部分设计
• 2.8.3 曲柄和连杆的设计
• 2.8.4 整体结构设计
• 2.9 本章小结
• 3 控制系统的数学模型及其分析
• 3.1 支链控制系统的数学模型
• 3.2 支链系统的性能分析
• 3.2.1 系统的瞬态响应
• 3.2.2 系统的稳定性分析
• 3.2.3 系统的误差分析和计算
• 3.2.4 减小系统误差的途径
• 3.3 本章小结
• 4 数字控制系统的研究与实现
• 4.1 数字控制系统韵定义及特点
• 4.1.1 数字控制系统的基本组成
• 4.1.2 控制系统的总体结构
• 4.2.步进电机的选型和特性研究
• 4.2.1 步进电机的运行特性
• 4.2.2 步进电机的位置控制
• 4.2.3 步进电机位置精度问题的研究
• 4.2.4 步进电机的轨迹规划
• 4.3 控制系统的主控制器硬件选择与实现
• 4.3.1 主控板DSP芯片的选型
• 4.3.2 事件管理器模块
• 4.4 步进电机驱动模块
• 4.4.1 步进电机驱动系统
• 4.4.2 环形分配器和驱动电路
• 4.5 本章小结
• 5 并联机构的轨迹规划及其实现
• 5.1 并联机构的轨迹规划
• 5.2 控制系统的硬件组成
• 5.2.1 DSP主控板硬件平台
• 5.2.2 步进电机驱动+减速器
• 5.3 控制系统的软件部分
• 5.3.1 软件开发平台
• 5.3.2 程序设计流程
• 5.3.3 DSP初始化程序设计
• 5.3.4 PWM脉冲控制程序
• 5.3.5 定时器中断子程序
• 5.4 机构运动控制仿真
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献