基于CAN总线的伺服控制系统的研究

论文摘要

随着现代工业的不断发展,伺服系统的应用日益广泛,对其速度和位置响应控制性能的要求也越来越高。特别是在导航系统、雷达天线、数控机床、机器人等领域,要求伺服系统具有高速、高精度、高可靠性和较强的抗干扰能力。全数字控制能够使系统获得高精度和高可靠性,而且具有较强的抗干扰能力和极好的柔性。数字信号处理(DSP)技术的发展为实现全数字控制奠定了基础。同时,随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展,工业控制系统已成为计算机技术应用领域最具活力的一个分支,并取得了巨大进步。总线化是工业控制系统的一个发展方向,它在适用范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面较集中式控制系统有明显的优越性。CAN (Controller Area Network)总线由于其高性能、高可靠性及独特的设计,具有较强的抗干扰能力,适合用于实时性要求很高的系统。另一方面,目前许多工业伺服控制系统是基于模拟电子技术实现的,电路系统复杂、成本较高、抗干扰能力差、系统可扩展性差。它将无法适应工业伺服控制系统未来结构的要求。本次论文工作的主要目的,就在于根据某公司一组智能化检测设备的需要进行调研,参考现有的电动伺服模拟控制系统以及系统指标要求,设计出基于CAN BUS的数字电动伺服控制系统。这项工作主要做了以下四个方面的内容:1)分析了伺服系统和永磁同步电机的数学模型,对空间矢量控制策略做了系统的研究,给出了空间矢量控制的DSP实现方法。2)设计一个基于DSP的CAN总线接口系统,用来将CAN总线上的数字指令转换为控制信号,送给己有的电动伺服控制系统。3)设计并实现了一个基于DSP的、具有空间矢量控制功能的电动伺服数字控制系统。4)系统采用了软件集成开发环境CCS (Code Composer System)进行了软件编程,并利用DSP硬件仿真和开发系统进行了调试。实验表明,基于空间矢量控制策略的双闭环交流伺服控制系统,具有很高的速度和位置响应控制性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 伺服系统的发展概况
• 1.3 现场总线发展绪论
• 1.3.1 现场总线的原理和结构
• 1.3.2 现场总线标准与分类
• 1.3.3 现场总线的应用前景
• 1.4 DSP 技术发展概论
• 1.4.1 DSP 系统构成
• 1.4.2 DSP 系统的特点
• 1.4.3 DSP 系统的设计过程
• 1.4.4 DSP 芯片的发展
• 1.4.5 DSP 芯片的分类
• 1.4.6 DSP 芯片的选择
• 1.4.7 DSP 芯片的应用
• 1.5 课题的背景、意义
• 1.6 本文主要工作
• 本章小结
• 第二章 CAN 总线通讯的设计与实现
• 2.1 控制器局部网CAN 总线
• 2.1.1 CAN 的性能特点
• 2.1.2 CAN 的分层结构和功能
• 2.1.3 CAN 协议
• 2.1.4 CAN 总线仲裁技术
• 2.1.5 CAN 总线错误检测
• 2.2 TMS320LF240X 芯片简介
• 2.3 CAN 总线通讯系统设计与实现
• 2.3.1 CAN 通信软件编程
• 2.3.2 CAN 总线通信硬件系统设计与实现
• 第三章 数字伺服系统的设计与实现
• 3.1 永磁同步电机的建模
• 3.2 永磁同步电机矢量控制实现
• 3.2.1 空间矢量脉宽调制原理
• 3.2.2 空间矢量脉宽调制实现
• 3.3 数字控制器的硬件设计
• 3.3.1 时钟电路
• 3.3.2 DSP 外接SRAM 电路
• 3.3.3 电源模块与上电复位电路
• 3.3.4 电流检测电路
• 3.3.5 位置、速度检测电路
• 3.3.6 功率主回路
• 3.3.7 控制驱动电路
• 3.4 控制系统软件设计
• 3.4.1 主程序
• 3.4.2 PWM 初始化
• 3.4.3 电流环和速度环的处理
• 3.5 系统调试结果
• 第四章 结束语
• 参考文献
• 致谢