基于ARM微处理器的电液位置伺服控制系统的研究

论文摘要

电液位置伺服系统具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量反馈等优点,因此它已经遍及国民经济和军事工业的各个技术领域。近年来,对电液位置伺服系统的快速性、稳定性、准确性等控制性能提出了新的要求,作为电液位置伺服系统核心的控制器,起到更为关键的作用。现阶段,嵌入式微处理器以其小型、专用、便携、高可靠的特点,已经在工业控制领域得到了广泛的应用,如工业过程、远程监控、智能仪器仪表、机器人控制、数控系统等,嵌入式微处理器嵌入实时操作系统,可以克服传统的基于单片机控制系统功能不足和基于PC的控制系统非实时性的缺点,其性能、可靠性等都能满足电液位置伺服系统控制的要求,在控制领域具有广泛的应用前景。本文以实验室的电液位置伺服系统为研究对象,按照系统的控制要求,提出以ARM9（S3C2410）微处理器为核心的控制器对电液位置伺服系统进行控制的一种方案,设计了一种新型的基于ARM9（S3C2410）微处理器的电液位置伺服控制器。本系统控制器的开发设计中,在以ARM9（S3C2410）微处理器为核心的控制器基础上,通过外部扩展,使得系统控制器具有丰富的硬件资源,开发了A/D转换电路、D/A（PWM）转换电路、伺服放大电路、串行接口等电路,同时为了使得控制器的程序代码具有较强的可读性、可维护性、可扩展性,使用了操作系统,通过比较选择了uC/OS-Ⅱ实时内核,并成功移植到ARM9（S3C2410）微处理器中,并编写了A/D、数字滤波、D/A（PWM）等软件程序,通过编译、调试、验证,程序运行正常。在对电液位置伺服系统进行控制策略的选择中,分别采用PID、滑模变结构、模糊自学习滑模三种控制策略进行仿真比较,得出采用模糊自学习滑模控制策略更有利于系统控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的选题背景
• 1.2 电液伺服控制系统的发展现状及方向
• 1.3 电液伺服系统的组成及原理
• 1.4 本课题研究的优越性
• 1.5 课题的主要内容
• 第二章 嵌入式系统的开发流程及总体设计方案
• 2.1 嵌入式系统的开发流程
• 2.2 基于ARM微处理器的电液位置伺服系统的功能要求
• 2.3 基于ARM微处理器的电液位置伺服系统总体设计方案
• 第三章 嵌入式微处理器和嵌入式操作系统概述
• 3.1 嵌入式微处理器分类
• 3.2 常见的嵌入式微处理器
• 3.3 ARM微处理器概述
• 3.3.1 ARM微处理器核简介
• 3.3.2 ARM微处理器结构
• 3.3.3 ARM微处理器的选择
• 3.4 操作系统概述及选择
• 3.4.1 Linux操作系统
• 3.4.2 uC/OS-Ⅱ实时操作系统
• 第四章 电液位置伺服系统硬件设计与实现
• 4.1 控制器硬件总体模块
• 4.2 S3C2410微处理器电路结构及特性
• 4.3 ARM9控制器各功能模块结构
• 4.3.1 嵌入式系统的最小系统模块
• 4.3.2 存储器电路模块
• 4.3.3 串行通信接口模块
• 4.4 PWM控制输出模块
• 4.4.1 极性转换电路的设计
• 4.4.2 伺服放大电路的设计
• 4.5 位移传感器
• 4.6 采集输入模块
• 4.7 抗干扰处理
• 第五章 电液位置伺服系统软件设计与实现
• 5.1 μC/OS-Ⅱ操作系统的移植
• 5.1.1 移植概述
• 5.1.2 移植工作
• 5.2 嵌入式系统初始化
• 5.3 系统中任务的划分及管理
• 5.4 系统应用软件的设计与实现
• 5.4.1 系统主程序
• 5.4.2 定时处理方式
• 5.4.3 模数转换实现模块
• 5.4.4 数字滤波方式的选择
• 5.4.5 数模转换实现模块
• 5.4.6 串行接口实现模块
• 5.4.7 报警提示实现模块
• 5.5 系统软件的实验调试
• 5.5.1 系统程序的调试结构图
• 5.5.2 系统程序的实验调试
• 第六章 控制策略的选择及在ARM微处理器的实现
• 6.1 电液位置伺服系统的数学模型建立
• 6.1.1 电液位置伺服系统方程组的建立
• 6.1.2 电液位置伺服系统参数的确定
• 6.1.3 电液位置伺服系统状态方程的建立
• 6.2 常规滑模变结构控制设计
• 6.3 模糊自学习滑模控制设计
• 6.3.1 模糊自学习滑模控制概述
• 6.3.2 模糊控制器设计与实现
• 6.4 仿真结果分析
• 6.4.1 PID与常规滑模控制比较分析
• 6.4.2 常规滑模控制与模糊自学习滑模控制比较分析
• 6.5 模糊自学习滑模控制策略在ARM微处理器中的程序实现
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录