基于ARM和μC/OS-Ⅱ的望远镜转台伺服控制系统研究

论文摘要

大型光学望远镜是用于深空探测的主要光学设备，在对空间目标探测和跟踪的过程中，要求伺服转台能够实时准确地跟踪目标的运动轨迹。基于此问题，本文对望远镜转台伺服控制系统进行了研究，着重阐述了基于ARM7的伺服控制器的设计，并移植了μC/OS-Ⅱ实时操作系统进行任务的划分和调度，提高了系统的实时性和可靠性，便于升级和维护。首先，叙述了伺服控制系统在望远镜转台跟踪性能上所起的重要作用，阐述了伺服控制系统的核心—伺服控制器的研究现状，提出了基于ARM核的伺服控制器的设计方案，包括硬件设计方案和软件平台的搭建。其次，详细阐述了伺服控制器的硬件设计，控制器硬件采用“核心板—底板”的设计思路，完成了底板的电路设计。给出了底板各功能模块的电路原理图，并叙述其工作原理。再次，移植了μC/OS-Ⅱ实时操作系统，并以该操作系统为软件平台进行各个任务函数的编写，主要包括数据接收任务、数据处理任务、电机控制任务、数据发送任务、液晶显示任务，并按照任务的关键性和紧迫程度安排各个任务的优先级高低顺序，这些任务即在操作系统的管理下进行工作，可以满足伺服控制系统对高实时性和高可靠性的要求。最后，在硬件平台上实现了对伺服转台的PID控制，在MATLAB中对PID控制算法与单神经元自适应PID控制算法进行仿真对比分析，结果表明采用单神经元自适应PID控制算法可以在线实时整定参数，控制性能明显优于传统的PID控制方法，因此可采用单神经元自适应PID控制算法来代替传统的PID控制算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 望远镜转台轴系驱动发展历程
• 1.1.2 伺服控制器的研究现状
• 1.2 课题的研究意义
• 1.3 论文的主要研究内容和结构安排
• 1.3.1 论文工作的主要内容
• 1.3.2 论文的结构安排
• 第2章 伺服控制系统整体方案设计
• 2.1 伺服系统功能要求
• 2.2 被控对象
• 2.3 功率放大器
• 2.4 控制器
• 2.4.1 硬件方案
• 2.4.2 软件方案
• 2.5 小结
• 第3章 伺服控制器的硬件设计与实现
• 3.1 整体硬件设计
• 3.2 LPC2478 微处理器简介
• 3.3 电源电路设计
• 3.4 外围电路设计
• 3.4.1 通信接口电路
• 3.4.2 LCD 液晶显示
• 3.4.3 PWM 脉冲产生电路
• 3.4.4 USB 接口电路
• 3.4.5 CAN 总线接口电路
• 3.4.6 以太网接口电路
• 3.5 小结
• 第4章 伺服控制系统软件设计与实现
• 4.1 μC/OS-Ⅱ操作系统的移植
• 4.1.1 移植条件
• 4.1.2 移植工作
• 4.2 系统中任务的划分与管理
• 4.2.1 任务的划分原则
• 4.2.2 任务优先级的安排
• 4.2.3 行为同步
• 4.2.4 资源同步
• 4.3 系统应用软件的设计与实现
• 4.3.1 系统主程序
• 4.3.2 数据接收任务
• 4.3.3 数据处理任务
• 4.3.4 电机控制任务
• 4.3.5 数据发送任务
• 4.3.6 液晶显示任务
• 4.4 系统软件实验调试
• 4.4.1 系统程序调试结构图
• 4.4.2 系统程序的实验调试
• 4.5 小结
• 第5章 控制策略的选择与实验结果
• 5.1 转台伺服控制系统数学模型的建立
• 5.2 常规 PID 控制器设计
• 5.3 单神经元自适应 PID 控制器设计
• 5.4 仿真结果
• 5.5 实验结果
• 5.6 单神经元自适应 PID 算法在 ARM 中的实现
• 5.7 小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 在学期间学术成果情况
• 指导教师及作者简介
• 致谢