基于DSP的移动机器人运动控制器的设计与分析

论文摘要

近年来,移动机器人应用范围越来越广泛,已经被用于人类生活的各个领域,而应用移动机器人完成侦查、排爆及消防等危险任务已经成为各国研究的重点。随着移动机器人的智能化程度越来越高,对机器人运动控制器的要求也在不断提高,这就要求控制器具有较好的实时性和快速响应能力。论文设计了一款全数字控制的移动机器人运动控制器,具有控制、功率驱动及各种保护等功能。运动控制器采用DSP作为主控芯片,设计了DSP控制器的硬件电路,这些电路包括DSP最小控制系统、电机驱动、电机电流检测、电机位置检测及电机过压欠压保护,并对其主要电路进行了详细的分析。采用速度环及电流环的双闭环控制,对传统的PID控制进行了改进,采用了积分分离PID控制作为速度调节器的控制算法。在设计的硬件电路和控制算法基础之上,完成DSP控制器软件的设计。软件设计包括主程序设计及各种中断子程序设计。中断子程序又包括电机换相及速度计算子程序,PWM输出子程序,速度控制子程序等。为了验证整个控制系统和控制策略的合理性,在分析无刷直流电机数学模型的基础上,利用Matlab/Simulink建立了电机控制系统的仿真模型。通过仿真得到了与理论分析相一致的仿真试验结果,证明了该控制方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题来源及背景
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 课题研究的意义和目的
• 1.5 课题研究的主要内容及章节安排
• 2 机器人控制系统总体概述
• 2.1 机器人主控系统
• 2.2 机器人传感及遥控系统
• 2.3 机器人驱动系统
• 2.3.1 电机的选择
• 2.3.2 电机结构及工作原理
• 2.3.3 电机控制技术
• 2.4 机器人运动控制器
• 2.4.1 控制器总体结构
• 2.4.2 DSP芯片的选型
• 2.4.3 TMS320F2812介绍
• 2.5 本章小结
• 3 DSP控制器硬件系统设计
• 3.1 DSP控制模块硬件电路设计
• 3.1.1 电源电路设计
• 3.1.2 复位和时钟电路
• 3.1.3 A/D转换模块
• 3.1.4 JTAG接口电路
• 3.1.5 存储器扩展
• 3.1.6 通信系统接口
• 3.2 控制器驱动模块硬件电路设计
• 3.2.1 驱动方案及器件选择
• 3.2.2 驱动电路及原理
• 3.2.3 电流检测
• 3.2.4 位置及速度检测
• 3.2.5 保护电路设计
• 3.2.6 抗干扰设计
• 3.3 本章小结
• 4 DSP控制器软件设计
• 4.1 软件开发环境及过程
• 4.2 主程序设计
• 4.3 中断服务程序设计
• 4.3.1 捕捉中断模块
• 4.3.2 PWM产生模块
• 4.3.3 定时器1中断模块
• 4.3.4 电机保护中断模块
• 4.4 本章小结
• 5 基于Matlab的控制系统建模与仿真
• 5.1 电机的数学模型
• 5.2 控制系统建模
• 5.2.1 电机本体模块
• 5.2.2 电压逆变模块
• 5.2.3 电流调节模块
• 5.2.4 参考电流模块
• 5.2.5 速度调节模块
• 5.3 仿真结果
• 5.4 本章小结
• 6 DSP控制器的实验
• 6.1 实验设备
• 6.2 实验内容
• 6.3 实验注意事项
• 总结展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录