基于DSP的机器人举升臂电液控制研究

论文摘要

随着电力系统自动化的发展，由机器人参与到带电作业中，代替人完成繁重、危险的工作逐渐成为趋势。本论文以山东科技大学机器人研究中心承担的国家863课题“配电带电作业机器人”为研究背景，以带电作业机器人的支撑机构—高空作业车为研究对象，以基于电液比例技术和DSP技术的液压位置伺服控制系统为研究目标。论文首先对高空作业车的举升臂进行了运动学和动力学的分析。建立了举升臂的5自由度运动学正解模型，得到关节变量与姿态的关系，这是多关节协调控制的基础；由于举升臂在工作过程中关节的运动速度比较缓慢，由动力学的分析可知，关节间的耦合可以忽略，因此在控制方式上可按单关节分别控制。通过对比例阀控液压缸的分析，建立单关节的动力学模型。为提高单关节的性能，对其进行超前—滞后校正，通过离散化得到系统的数字控制器，使校正后的系统在性能上有较大提高。电液比例位置伺服控制器以TMS320F2812为主控芯片，利用其在运算性能上的优势和丰富的片上外设实现了嵌入式的结构紧凑的电液比例阀控制器。论文重点介绍了PWM、数模转换、定时中断等几个典型模块的软硬件设计。最后，通过试验，验证了电流斩波稳流的有效性；对PID控制器的周期和参数进行了整定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 电液比例控制技术
• 1.2 基于DSP控制技术的发展
• 1.3 课题的提出与论文的主要研究工作
• 2 高空作业车举升臂运动学和动力学分析
• 2.1 运动学的数学基础
• 2.2 举升臂关节坐标系的建立和正运动学求解
• 2.3 举升臂动力学分析
• 2.4 本章小结
• 3 单关节位置伺服系统的研究
• 3.1 电液比例阀控液压缸数学模型的建立
• 3.2 电液比例阀控液压缸的超前与滞后校正
• 3.3 电液比例阀控制系统中数字控制器的确定
• 3.4 改进型微分先行PID控制器的设计
• 3.5 本章小结
• 4 基于DSP的电液比例位置伺服控制器软硬实现
• 4.1 数字信号处理器TMS320F2812的基本应用
• 4.2 DSP的数模转换模块应用
• 4.3 DSP的PWM波形产生
• 4.4 操作杆位置给定信号的数字滤波实现
• 4.5 位置检测的实现
• 4.6 定时器中断处理编程方法
• 4.7 控制器通信功能的实现
• 4.8 电液比例阀控制器软件流程设计
• 4.9 本章小结
• 5 实验
• 5.1 实验目的和实验条件
• 5.2 试验内容
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢
• 详细摘要