高精度数字伺服控制系统的设计

论文摘要

交流数字伺服控制系统是电机伺服控制领域研究的重点,和传统的模拟伺服控制系统相比有着显著区别。数字伺服控制系统以数字量信号为主要的运算、处理、输出数据量。交流数字伺服控制器是交流数字伺服控制系统中的重要组成部分。随着数字处理设备的快速发展和交流电机调速技术的不断进步,现代交流数字伺服控制器的控制性能也在不断改良。本文结合实际的交流数字伺服控制系统的研发,侧重的研究了交流数字伺服控制器的软硬件设计和控制算法的仿真和运用。结合实际交流数字伺服控制系统的要求,确定了由上位控制系统、测试机、伺服控制器、伺服驱动器(BDS5)、交流电机、轴角编码器反馈回路等组成的伺服控制系统。为了提高交流数字伺服控制系统的精确度,减少伺服控制系统的反应时间,设计了基于高性能专用数字信号处理器TMS320F2812的高性能伺服控制器。本文对伺服控制器的各功能芯片选型、组合连接、接口设计、PCB布板、硬件调试等进行了重点分析。在Matlab的仿真环境下,构建了交流数字伺服控制系统模型。选用智能PID算法和经典PID算法,分别进行参数整定,运行效果仿真和对比。通过对比,体现智能PID算法的优良控制性能和实际系统的可行性。对交流数字伺服控制器进行编程,将智能PID算法通过软件实现,使整个交流伺服控制系统实现正常运行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 伺服控制系统的研究背景
• 1.2 伺服控制系统的现状
• 1.3 伺服控制系统的发展趋势
• 1.3 本文所做的工作
• 2. 交流伺服控制系统的总体设计
• 2.1 系统负载及系统性能指标
• 2.2 交流伺服系统的结构
• 2.3 上位控制器及测试机
• 2.4 交流伺服驱动器
• 2.5 伺服控制器的反馈环节
• 2.6 本章小结
• 3. 交流伺服控制器的硬件结构设计
• 3.1 交流伺服控制器的整体设计结构
• 3.2 主运算处理模块
• 3.3 电源模块
• 3.4 时钟电路
• 3.5 复位电路
• 3.6 JTAG仿真电路
• 3.7 外扩RAM
• 3.8 RS-232接口电路
• 3.916 位并行数据接口
• 3.10 D/A模拟信号控制输出电路
• 3.11 轴角编码电路
• 3.12 调试与总结
• 3.12.1 伺服控制器的布局与调试
• 3.12.2 伺服控制系统的整体硬件调试
• 3.13 总结
• 4. 交流伺服控制器的算法的研究与仿真
• 4.1 系统建模
• 4.2 算法选取与确定
• 4.2.1 智能PID算法
• 4.2.2 PID参数整定
• 4.3 系统的仿真
• 4.3.1 仿真环境介绍
• 4.3.2 系统的仿真与参数
• 4.3.3 仿真系统的结果与分析
• 5. 软件设计
• 5.1 编程环境简介
• 5.2 软件整体结构框架
• 5.3 TMS320F2812的外部引脚设置
• 5.4 外部RAM的和ZONE6的时序连接
• 5.5 算法的软件实现
• 5.5.1 整体算法的软件流程
• 5.5.2 PID算法的软件实现
• 5.6 双通道轴角编码器的数据整合
• 5.7 模拟控制量输出程序编程
• 5.8 软件调试
• 6 交流数字伺服控制系统的改进研究与总结
• 6.1 伺服控制器的硬件改进展望
• 6.2 软件的改进
• 6.3 总结
• 致谢
• 参考文献