基于SOPC的直线电机运动控制器的研究与设计

论文摘要

目前,直线电机在运动控制领域的应用越来越广泛,如何实现直线电机的高响应、高精度控制是国内外学术界和工业界研究的重点。本文基于SOPC思想设计了一个软、硬件皆可裁剪的嵌入式直线电机运动控制器。本文主要研究内容如下:(1)在分析了传统增量PID算法和模糊算法各自特点的基础上,将传统增量PID算法和模糊算法相结合,采用模糊控制策略在线调整PID参数,实现控制算法的智能化。(2)在MATLAB/Simulink环境下针对直线电机原理建立了动态数学模型,确立了双闭环控制策略,并在位置环中引入模糊增量PID算法。仿真结果表明,模糊增量PID较之传统PID算法有更好的动态与静态性能。(3)完成了基于SOPC的运动控制器的软、硬件设计。硬件部分定制了Nios II软核处理器和Avalon总线连接的外设,包括PWM模块、位置检测模块和模糊增量PID模块等,并进行了功能时序仿真进行检验。在Nios II IDE开发环境下进行了软件主程序设计。本文采用SOPC技术设计了高性能、低功耗、智能化、集成化的嵌入式直线电机运动控制器,缩短了设计周期,节约了开发成本,提高了系统的可靠性,使得系统易升级。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究背景
• 1.2.1 直线电机控制系统实现方式
• 1.2.2 当代运动控制器的发展趋势
• 1.3 SOPC 技术概述
• 1.3.1 SOPC 技术的发展
• 1.3.2 基于 SOPC 的运动控制器
• 1.4 论文主要工作及结构安排
• 第二章 SOPC 开发环境
• 2.1 SOPC 开发流程
• 2.1.1 硬件开发环境
• 2.1.2 软件开发环境
• 2.2 Nios II 处理器
• 2.3 Avalon 总线
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 Avalon 总线信号
• 2.4 本章小节
• 第三章 控制算法的研究
• 3.1 PID 控制算法
• 3.2 模糊逻辑算法
• 3.3 模糊增量PID 算法
• 3.3.1 PID 参数自整定原则
• 3.3.2 模糊化
• 3.3.3 模糊规则的建立
• 3.3.4 模糊推理
• 3.3.5 去模糊化
• 3.4 本章小结
• 第四章 控制系统建模与仿真
• 4.1 直线电机数学模型
• 4.2 控制系统数学模型
• 4.3 模糊增量PID 控制器的设计
• 4.4 实验仿真结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 运动控制器的 FPGA 设计
• 5.1 整体设计方案
• 5.2 PWM 模块
• 5.3 位置检测模块
• 5.4 模糊增量PID 模块
• 5.5 主程序设计
• 5.6 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位论文期间主要成果
• 致谢