基于单片机的二维运动控制系统的研究

论文摘要

为实现美式十六球的自动摆放,本文设计了一种基于X-Y二维定位平台的摆球装置,并系统地论述了应用单片机开发步进电动机二维运动控制器的方法。该二维运动控制器既能实现两轴独立运动控制,又能方便地进行联动控制。本文完成的主要工作有:（1）摆球装置机械结构设计;（2）系统控制方案设计;（3）步进电机驱动电路的研究;（4）系统硬件设计;（5）系统软件设计。二维运动控制器的重点在于步进电动机的驱动电路硬件与控制软件的设计,以及上下位机串口通信的实现。X、Y两个方向的控制环节由AT89C52单片机和环行分配器PMM8713构成,单片机通过模拟串口与上位机进行通信,利用PMM8713产生步进电动机运行和正反转的控制信号。驱动环节采用UC3842实现恒流驱动,给出特定的脉冲驱动信号,驱动功率管进行开通和关断,使步进电动机按照规定的轨迹和速度运行。软件部分由上位机软件和下位机软件组成。上位机软件用Visual Basic编制,具有可视化界面,用于对X-Y运动平台进行调试。下位机软件用单片机汇编语言编制。上位机输入的指令经编译生成相应的目标代码并通过计算机串口发送到下位机中。下位机的功能:一是接收来自上位机的数据和命令;二是根据上位机发送的命令执行相应的动作;三是向上位机发送有关信息。该控制系统具有以下特点:1采用内部时钟方式产生步进电动机的驱动脉冲,用软件来实现,降低了硬件成本;2硬件设计尽可能地选择标准化、模块化的电路,提高了设计的成功率和结构的灵活性;3采用容栅传感器作为位置反馈环节,提高了定位精度;4尽可能选择功能强、成本低廉、通用性好的电路或芯片;控制器结构简单,成本低廉,控制可靠,具有十分广阔的市场前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本课题的选题背景及意义
• 1.2 运动控制的基本概念
• 1.3 运动控制系统的发展历程
• 1.4 运动控制领域的现状与发展趋势
• 1.5 主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 2 摆球装置机械结构设计
• 2.1 总体结构设计
• 2.2 机械传动结构设计
• 2.2.1 滚珠丝杠副的工作原理
• 2.2.2 滚珠丝杠副的特点
• 2.2.3 滚珠丝杠副的分类
• 2.3 滚动支撑结构设计
• 2.4 本章小结
• 3 运动控制系统的总体方案设计
• 3.1 步进电动机及其选型
• 3.1.1 步进电动机的原理
• 3.1.2 步进电动机的基本参数
• 3.1.3 步进电动机的振荡、失步及解决办法
• 3.1.4 步进电动机的选型
• 3.2 步进电动机的控制方式选择
• 3.2.1 步进电动机的控制方式
• 3.2.2 步进电动机的控制方案比较
• 3.3 步进电动机的驱动
• 3.3.1 驱动系统的组成
• 3.3.2 驱动器的特点
• 3.3.3 步进电动机常用驱动电路
• 3.3.4 步进电动机的细分驱动及其理论依据
• 3.4 运动控制系统的控制方案
• 3.5 本章小结
• 4 运动控制系统硬件设计
• 4.1 系统硬件设计概述
• 4.2 主通信控制电路设计
• 4.2.1 主通信控制电路基本组成
• 4.2.2 主通信硬件电路设计
• 4.3 步进电动机控制器
• 4.3.1 步进电动机控制器的基本组成
• 4.3.2 硬件电路设计
• 4.4 本章小结
• 5 运动控制系统软件设计
• 5.1 软件设计的目标
• 5.2 软件的基本构成
• 5.3 上位机软件
• 5.4 下位机软件
• 5.4.1 主CPU 软件设计
• 5.4.2 步进电动机控制软件设计
• 5.4.3 位置反馈系统软件设计
• 5.5 本章小结
• 6 系统的抗干扰措施
• 6.1 干扰的分类及耦合方式
• 6.1.1 干扰的分类
• 6.1.2 干扰的耦合方式
• 6.1.3 噪声形成干扰的三要素
• 6.2 抗干扰的硬件措施
• 6.3 软件抗干扰抑制
• 6.3.1 软件陷阱
• 6.3.2 设立标志判断
• 6.3.3 软件复位
• 6.4 本章小结
• 7 试验研究
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 攻读学位期间参加的科研项目