在早期階段，直流調(diào)速系統(tǒng)在傳動領域中占統(tǒng)治地位。然而，從60年代后期開始，交流電動機在工業(yè)應用領域正在取代直流電動機，交流傳動變得越來越經(jīng)濟和受歡迎。永磁交流伺服系統(tǒng)作為電氣傳動領域的重要組成部分，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天等領域發(fā)揮越來越重大的作用。永磁同步電動機以其特點廣泛應用于中小功率傳動場合，成為研究的重要領域。然而，永磁同步電動機具有較大的轉(zhuǎn)動脈動，而對于這些應用場合，轉(zhuǎn)矩平滑通常是基本要求。因此，對永磁交流伺服系統(tǒng)的應用，必須考慮其轉(zhuǎn)矩脈動的抑制問題。本文針對電機傳動系統(tǒng)中參數(shù)變化對電機性能的影響，以永磁同步電機為例，圍繞如何通過參數(shù)辨識來提高永磁同步電動機的控制性能，借助自行開發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服系統(tǒng)平臺，對永磁同步電動機的磁場定向控制，參數(shù)辨識，神經(jīng)網(wǎng)絡和擴展卡爾曼濾波在控制系統(tǒng)中的應用，抑制轉(zhuǎn)矩脈動，提高系統(tǒng)性能幾個方面展開深入的研究。 本文從永磁同步電動機及其控制系統(tǒng)的基本結構出發(fā)，對通過參數(shù)辨識抑制轉(zhuǎn)矩脈動進行了較為細致的分析。針對不同情況，通過改進電機的控制系統(tǒng)，提出了多種參數(shù)辨識方法。主要內(nèi)容如下： 1、基于定子磁鏈方程，建立了永磁同步電動機的一般數(shù)學模型。經(jīng)坐標變換，得出在靜止兩相（α—β）坐標系和旋轉(zhuǎn)兩相（d—q）坐標系下永磁同步電動機電壓方程和轉(zhuǎn)矩方程。 2、分析了永磁同步電動機id=0矢量控制系統(tǒng)的工作原理，介紹了永磁同步電動基于磁場定向的矢量控制的基本概念。經(jīng)對永磁同步電動機系統(tǒng)進行分析，推導并建立了id=0控制時整個電機系統(tǒng)的數(shù)學模型。 3、基于超穩(wěn)定性理論的模型參考自適應控制原理，設計了一種模型參考自適應控制系統(tǒng)，考慮電機參數(shù)的時變性，對永磁交流伺服系統(tǒng)的繞組電阻和電機負載轉(zhuǎn)矩辨識進行了研究，以保持系統(tǒng)的動態(tài)性能。利用Matlab/Simulink建立仿真模型，對控制性能進行了驗證，仿真實驗證明這種方法的可行性。 4、人工神經(jīng)網(wǎng)絡具有很強的學習性能，經(jīng)過訓練的多層神經(jīng)網(wǎng)絡能以任意精度逼近非線性函數(shù)，因此為非線性系統(tǒng)辨識提供了一個強有力的工具。本章針對永磁同步電機提出了一種以電機輸出轉(zhuǎn)速為目標函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡控制方案，同時應用人工神經(jīng)網(wǎng)絡理論建立和設計了負載轉(zhuǎn)矩擾動辨識的算法以及相應的控制系統(tǒng)的補償方法，并應用MATLAB軟件進行了計算機仿真，仿真證明和傳統(tǒng)的控制方法相比，以電機輸出轉(zhuǎn)速為指導值和目標函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡控制方案能有效地提高神經(jīng)網(wǎng)絡的收斂速度，能有效地改善控制系統(tǒng)的動態(tài)響應，具有跟蹤性能好和魯棒性較強等優(yōu)點。 5、電機的參數(shù)會隨著溫升和磁路飽和發(fā)生變化，需進行在線實時辨識。本文利用電機的定子電流、電壓和轉(zhuǎn)速，采用遞推最小二乘法進行在線參數(shù)辨識，該方法不需要觀測的磁鏈信號，消除了磁鏈觀測和參數(shù)辨識的耦合。電機狀態(tài)方程由于存在狀態(tài)變量的乘積項，對電機參數(shù)辨識以后，仍然是非線性方程，為了對電機狀態(tài)方程進行狀態(tài)估計，得到電機的參數(shù)辨識值，本文采用擴展卡爾曼濾波進行狀態(tài)估計，對以上方法的仿真實驗得到了滿意的結果。 6、本文基于數(shù)字電機控制專用DSP自行開發(fā)了全數(shù)字永磁交流伺服系統(tǒng)平臺，通過軟件實現(xiàn)擴展卡爾曼濾波對電阻和磁鏈的估計，以及基于磁場定向的空間矢量控制算法，獲得了令人滿意的實驗結果，證明擴展卡爾曼濾波算法對電阻和磁鏈的實時估計是很準確的，由此構成的永磁交流伺服系統(tǒng)具有良好的靜、動態(tài)性能。
標簽： 電機 傳動系統(tǒng) 參數(shù)辨識
上傳時間： 2013-07-28
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永磁同步電機是同步電機的一個重要類型，其轉(zhuǎn)子一般采用稀土永磁材料做激磁磁極，與傳統(tǒng)同步電機相比，體積和重量大為減小，而且結構簡單，運行可靠，維護更方便。現(xiàn)代電氣傳動控制的發(fā)展趨勢之一是開發(fā)新的交流調(diào)速與伺服系統(tǒng)。無論在矢量控制還是標量控制中，轉(zhuǎn)速與位置的閉環(huán)控制都需要在電機軸上安裝一個速度傳感器，但是由于速度傳感器的引進不僅增加了成本，降低了系統(tǒng)可靠性，還存在安裝問題，效果并不十分理想。因此高性能無速度傳感器控制成為近年來電機研究的熱點。 本文在系統(tǒng)介紹卡爾曼濾波器的基礎上，將其引入到永磁同步電機無速度傳感器狀態(tài)觀測中。由于永磁同步電機是一個強耦合的多階非線性系統(tǒng)，本文采用了工程實際中普遍采用的泰勒展開式截斷的方法，對電機方程線性化處理，將卡爾曼濾波算法推廣至非線性系統(tǒng)，并加入了反映電機系統(tǒng)模型誤差和環(huán)境干擾的系統(tǒng)噪聲和測量噪聲模型，形成擴展卡爾曼濾波算法。擴展卡爾曼濾波器將電機轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速作為系統(tǒng)狀態(tài)變量進行實時估算，并將所得信息反饋到永磁同步電機控制系統(tǒng)中。通過仿真，與電機實際運行狀態(tài)進行比較，證明了擴展卡爾曼濾波具有良好的動態(tài)跟蹤能力和抗噪聲能力。 針對擴展卡爾曼濾波算法在無速度傳感器控制中存在的不足，本文給出了降階線性卡爾曼濾波算法。降階線性卡爾曼濾波算法重新選擇了系統(tǒng)狀態(tài)變量，建立新的完全線性化的系統(tǒng)方程，并且卡爾曼濾波算法中的系統(tǒng)協(xié)方差矩陣成為時不變序列，因此可以直接應用線性卡爾曼濾波算法。仿真結果證明，與擴展卡爾曼濾波算法相比，新的算法更加簡單，減輕了繁重的參數(shù)調(diào)節(jié)任務，易于數(shù)字化實現(xiàn)，不僅具備擴展卡爾曼濾波算法的優(yōu)勢，而且在某些性能方面超越了擴展卡爾曼濾波算法。 通過分析得知，由于將系統(tǒng)模型不確定性與測量噪聲體現(xiàn)在系統(tǒng)方程中，因此卡爾曼濾波算法在狀態(tài)估算方面具有良好的性能。本文以降階線性卡爾曼濾波 算法為理論基礎，以永磁同步電機為對象，以數(shù)字信號處理器（DSP）為核心，設計了電機狀態(tài)觀測系統(tǒng)的設計方案。整個方案在不增加成本的基礎上，充分利用數(shù)字信號處理器（DSP）豐富的資源和強大的運算能力，通過檢測電機相電流，實時估算出電機轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)速度傳感器，為電機控制系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速反饋信息。本文的下一步主要工作便是將此系統(tǒng)付諸實踐，應用于實際工程中，對卡爾曼濾波算法在永磁同步電機無速度傳感器控制方面的性能進行進一步研究。關鍵詞：永磁同步電機；無速度傳感器；卡爾曼濾波
上傳時間： 2013-04-24
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果園收獲作業(yè)機械化、自動化是廣大果農(nóng)們關注的熱點問題，開展果樹采摘機器人研究，不僅對于適應市場需求、降低勞動強度、提高經(jīng)濟效率有著一定的現(xiàn)實意義，而且對于跟蹤世界農(nóng)業(yè)新技術、促進我國農(nóng)業(yè)科技進步，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程有著重大的歷史意義。 果樹采摘機器人是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，它是由機械手固定在履帶式移動平臺上構成的一類特殊的移動機器人系統(tǒng)。本文在國家“863”高技術項目“果樹采摘機器人關鍵技術研究”支持下，以自行設計的機器人機械結構為研究對象，對果樹采摘機器人的控制系統(tǒng)進行了分析、研究和設計，設計了視覺伺服控制器，并對采摘機器人避障技術進行了探討。主要工作如下： 首先，分析了果樹采摘機器人機械結構，介紹了機器人運動學理論，根據(jù)自行設計的5自由度機械臂機械特性，采用幾何結構算法，建立了果樹采摘機器人機械臂的正、逆運動學方程。 其次，基于開放、先進和可靠的考慮，采用開放式結構設計機器人的控制系統(tǒng)。在開放式控制系統(tǒng)設計中，主要對果樹采摘機器人硬件組成部分主控計算機、運動控制器、數(shù)據(jù)采集卡等進行了選型設計。在分析果樹采摘機器人工作環(huán)境和工作特性的基礎上，設計了果樹采摘機器人的外圍傳感器。 再次，根據(jù)果樹采摘機器人機械結構和控制系統(tǒng)結構組成，設計了PID控制器，應用于機器人視覺伺服控制，實現(xiàn)果樹采摘機器人的實時控制。在詳細論述關節(jié)式機器人避障方法的基礎上，對果樹采摘機器人避障方法進行了初步的探討，提出了采用C—空間法實現(xiàn)采摘機器人實時避障。 最后，建立了傳感器實驗平臺，通過實驗驗證了所設計傳感器的正確性。利用固高PAN&TILT兩維數(shù)控轉(zhuǎn)臺和實地拍攝的蘋果圖像，對所提出的控制方法通過轉(zhuǎn)臺控制實驗進行了驗證。
上傳時間： 2013-08-05
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無刷直流電機具有體積小、重量輕、效率高和轉(zhuǎn)動慣量小等優(yōu)點，另外它還具有和直流電機一樣的調(diào)速特性，而沒有直流電機復雜的機械換相設備，所以被廣泛應用于伺服控制、數(shù)控機床、機器人等工業(yè)領域，現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展對無刷直流電機控制系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。因此，研究具有響應速度快、調(diào)節(jié)能力強、控制精度高的無刷直流電機控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。 直接轉(zhuǎn)矩控制是一種高性能的電機控制方法，它已經(jīng)成熟的應用在感應電機和永磁同步電機上，實現(xiàn)了優(yōu)良的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)響應特性。本文通過大量的文獻資料閱讀，對無刷直流電機及其相關技術的發(fā)展、現(xiàn)狀和趨勢有了一個比較全面的理解，在此基礎上，詳細分析了無刷直流電機的數(shù)學模型，并提出了一套相應的直接轉(zhuǎn)矩控制方案，建立了仿真和試驗平臺，進行了仿真分析和實驗研究，獲得了有價值的研究成果。 本文的主要研究內(nèi)容包括： (1)詳細分析了無刷直流電機的運行機理和數(shù)學模型，在此基礎上闡述無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制的基本控制機理，包括基于逆變器二二導通模式的空間電壓矢量的定義和針對無刷直流電機具有非正弦波反電動勢這一特點而推導的轉(zhuǎn)矩計算公式等。 (2)提出了一套無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制的具體實施方案，并根據(jù)這套方案建立了基于Simulink(Matlab)的無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制的仿真模型，對所提出的控制方案進行了仿真分析。仿真結果驗證了該方案在理論上的可行性。 (3)在理論研究的基礎之上，設計研制了一套基于DSP+IPM的無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制實驗系統(tǒng)，編寫了控制程序軟件，進行了無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制的實驗。實驗結果達到了預期的要求，證實了直接轉(zhuǎn)矩控制在改善無刷直流電機動態(tài)調(diào)速性能上的優(yōu)勢。 本論文開展了繼異步電機和永磁同步電機之后對無刷直流電機實現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制的探索性研究工作。通過理論分析、計算機仿真和實驗得出了一些有意義的經(jīng)驗和結論，為課題的進一步深入開展奠定了基礎。
標簽： 無刷直流電機 直接轉(zhuǎn)矩控制
上傳時間： 2013-07-11
上傳用戶：再見大盤雞
在實際應用中，對永磁同步電機控制精度的要求越來越高。尤其是在機器人、航空航天、精密電子儀器等對電機性能要求較高的領域，系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和魯棒性能好壞成為決定永磁同步電機性能優(yōu)劣的重要指標。傳統(tǒng)電機系統(tǒng)通常采用PID控制，其本質(zhì)上是一種線性控制，若被控對象具有非線性特性或有參變量發(fā)生變化，會使得線性常參數(shù)的PID控制器無法保持設計時的性能指標；在確定PID參數(shù)的過程中，參數(shù)整定值是具有一定局域性的優(yōu)化值，并不是全局最優(yōu)值。實際電機系統(tǒng)具有非線性、參數(shù)時變及建模過程復雜等特點，因此常規(guī)PID控制難以從根本上解決動態(tài)品質(zhì)與穩(wěn)態(tài)精度的矛盾。永磁同步電機是典型的多變量、參數(shù)時變的非線性控制對象。先進控制方法(諸如智能控制、優(yōu)化算法等)研究應用的發(fā)展與深入，為控制復雜的永磁同步電機系統(tǒng)開辟了嶄新的途徑。由于先進控制方法擺脫了對控制對象模型的依賴，能夠在處理不精確性和不確定性問題中有可處理性、魯棒性，因而將其引入永磁同步電機控制已成為一個必然的趨勢。本文根據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)目標的不同，選取相應的先進控制方法，并與PID控制相結合，對永磁同步電機各方面性能進行有針對性的優(yōu)化，最終使其控制精度得到顯著的提高。為達到對永磁同步電機進行性能優(yōu)化的研究目的，文中首先探討了正弦波永磁同步電機和方波永磁同步電機的運行特點及控制機理，通過建立數(shù)學模型，對相應的控制系統(tǒng)進行了整體分析。針對永磁同步電機非線性、強耦合的特點，設計了矢量控制方式下的永磁同步電機閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。結合常規(guī)PID控制，將模糊控制、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡和人工免疫等多種先進控制方法應用于永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和同步傳動系統(tǒng)的控制器設計中，以滿足不同控制系統(tǒng)對電機動、靜態(tài)性能的要求以及對調(diào)速性能或跟隨性能的側重。實驗結果表明，采用先進控制方法的永磁同步電機具有較好的動態(tài)性能、抗擾動能力以及較強的魯棒性能；與傳統(tǒng)PID控制相比，系統(tǒng)的控制精度得到了明顯提高。研究結果驗證了先進控制方法應用于永磁同步電機性能優(yōu)化的有效性和實用性。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：shinesyh
高速、高精度已經(jīng)成為伺服驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，而位置檢測環(huán)節(jié)是決定伺服系統(tǒng)高速、高精度性能的關鍵環(huán)節(jié)之一。光電編碼器作為伺服驅(qū)動系統(tǒng)中常用的檢測裝置，根據(jù)結構和原理的不同分為增量式和絕對式。本文從原理上對增量式光電編碼器和絕對式光電編碼器做了深入的分析，通過對比它們的特性，得出了絕對式光電編碼器更適合高速、高精度伺服驅(qū)動系統(tǒng)的結論。 絕對式光電編碼器精度高、位數(shù)多的特點決定其通信方式只能采取串行傳輸方式，且由相應的通信協(xié)議控制信息的傳輸。本文首先針對編碼器主要生產(chǎn)廠商日本多摩川公司的絕對式光電編碼器，深入研究了通信協(xié)議相關的硬件電路、數(shù)據(jù)幀格式、時序等。隨后介紹了新興的電子器件FPGA及其開發(fā)語言硬件描述語言Verilog HDL，并對基于FPGA的絕對式編碼器通信接口電路做了可行性的分析。在此基礎上，采用自頂向下的設計方法，將整個接口電路劃分成發(fā)送模塊、接收模塊、序列控制模塊等多個模塊，各個模塊采用Verilog語言進行描述設計編碼器接口電路。最終的設計在相關硬件電路上實現(xiàn)。最后，通過在TMS320F2812伺服控制平臺上編寫的硬件驅(qū)動程序驗證了整個設計的各項功能，達到了設計的要求。
上傳時間： 2013-07-11
上傳用戶：snowkiss2014
PWM(脈沖寬度調(diào)制)是一種利用數(shù)字信號來控制模擬電路的控制技術，廣泛應用于電源、電機、伺服系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電子控制器、功率控制等電力電子設備。PWM技術在逆變電路中的應用最為廣泛，也是變頻技術的核心，同時在機床，液壓位置控制系統(tǒng)等機械裝置中也發(fā)揮著重要的作用。PWM技術已經(jīng)成為控制領域的一個熱點，因此研究PWM發(fā)生器對于基礎理論的發(fā)展和技術的改進都有十分重要的意義。 論文研究的主要內(nèi)容是用任意波形作為調(diào)制信號通過特定的方法來產(chǎn)生所需要的PWM波形，任意波形的合成和PWM波形的生成是兩個主要任務。任意波形的合成是課題設計的一個難點，也是影響系統(tǒng)性能的關鍵因素之一。論文中波形合成采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術來實現(xiàn)。DDS技術以相位為地址，通過查找離散幅度數(shù)據(jù)進行波形合成，具有輸出波形相位變化連續(xù)、分辨率高、頻率轉(zhuǎn)換速率快的優(yōu)點，而且通過設置控制字可靈活方便地改變輸出頻率，是目前波形合成的主流方法。 實現(xiàn)PWM發(fā)生器的設計方法有多種。在綜合比較了單片機、DSP、ARM等常用開發(fā)工具特點的基礎上，本文提出了一種以可編程邏輯器件(PLD)為主體，單片機輔助配合的設計方法。隨著計算機技術和微電了技術的迅速發(fā)展，可編程邏輯器件的集成度和容量越來越大，基于PLD的設計方法正逐步成為一種主流于段，是近些年來電子系統(tǒng)設計的一個熱點。整個系統(tǒng)分為模擬波形產(chǎn)生、單片機控制電路、FPGA內(nèi)部功能模塊三大部分。FPGA部分的設計是以Altera公司的Quartus Ⅱ軟件為開發(fā)平臺，采用VHDL語言為主要輸入手段來完成內(nèi)部各功能模塊的設計輸入、編譯、仿真等調(diào)試工作，目標載體選用性價比比較高的Altera公司的CycloneⅡ系列的器件；單片機控制電路主要負責控制字的設置和顯示，波形數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送；用MATLAB軟件完成仟意波形的繪制和模擬任務。 論文共分五章，詳細介紹了課題的背景、PWM發(fā)生器的發(fā)展和應用以及選題的目的和意義等，論述了系統(tǒng)設計方案的可行性，對外圍電路和FPAG內(nèi)部功能模塊的設計方法進行了具體說明，并對仿真結果、系統(tǒng)的性能、存在的問題和改進方法等進行了分析和闡述。整個設計滿足PWM發(fā)生器的任務和功能要求，設計方法可行。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：ommshaggar
在現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)中，矢量控制原理以及空間電壓矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術使得交流電機能夠獲得和直流電機相媲美的性能。永磁同步電機（PMSM）是一個復雜耦合的非線性系統(tǒng)。本文在Matlab/Simulink環(huán)境下，通過對PMSM本體、d/q坐標系向a/b/c坐標系轉(zhuǎn)換等模塊的建立與組合，構建了永磁同步電機控制系統(tǒng)仿真模型。仿真結果證明了該系統(tǒng)模型的有效性。
標簽： MatlabSimulink PMSM 永磁同步電機
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：liansi
運動控制技術是機電一體化的核心部分，提高運動控制技術水平對于提高我國的機電一體化技術具有至關重要的作用。運動控制技術的發(fā)展是制造自動化前進的旋律，是推動新的產(chǎn)業(yè)革命的關鍵技術。對于數(shù)控系統(tǒng)來說，最重要的是控制各個電機軸的運動，這是運動控制器接收并依照數(shù)控裝置的指令來控制各個電機軸運動從而實現(xiàn)數(shù)控加工的，數(shù)據(jù)加工中的定位控制精度、速度調(diào)節(jié)的性能等重要指標都與運動控制器直接相關。目前對數(shù)控系統(tǒng)的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是對步進、伺服電機進行控制的運動控制卡的研究。對PC-NC來說，運動控制卡的性能很大程度上決定了整個數(shù)控系統(tǒng)的性能，而微電子和數(shù)字信號處理技術的發(fā)展及其應用，使運動控制卡的性能得到了不斷改進，集成度和可靠性大大提高。 本課題通過對運動控制技術的深入研究，并針對國內(nèi)運動控制技術的研究起步較晚的現(xiàn)狀，結合當前運動控制領域的具體需要，緊跟當前運動控制技術研究的發(fā)展趨勢，吸收了數(shù)控技術和相關運動控制技術的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比較新穎的、功能強大的、具有很大柔性的四軸多功能運動控制卡。 本課題的具體研究主要有以下幾方面： 首先，通過對運動控制卡及運動控制系統(tǒng)等行業(yè)現(xiàn)狀的全面調(diào)研，和對運動控制技術的深入學習，在比較了幾種常用的運動控制方案的基礎上，提出了基于FPGA的運動控制設計方案，并規(guī)劃了板卡的總體設計。 其次，根據(jù)總體設計，規(guī)劃了板卡的結構，詳細劃分并實現(xiàn)了FPGA各部分的功能；利用光電隔離原理設計了數(shù)字輸入/輸出電路。 再次，利用FPGA的資源實現(xiàn)了PCI從設備接口，達到跟控制卡通信的目的，針對運動控制中的一些具體問題，如運動平穩(wěn)性、實時控制以及多軸聯(lián)動等，在FPGA上設計了四軸運動控制電路，定義了各個寄存器的具體功能，設計了功能齊全的加／減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個功能各異的計數(shù)器電路等，自動降速點運動、A／B相編碼器倍頻計數(shù)電路等特殊功能。最后，進行了本運動控制卡的測試，從測試和應用結果來看，該卡達到預期的要求。
上傳時間： 2013-07-27
上傳用戶：zgu489
在機器人學的研究領域中，如何有效地提高機器人控制系統(tǒng)的控制性能始終是研究學者十分關注的一個重要內(nèi)容。在分析了工業(yè)機器人的發(fā)展歷程和機器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀后，本論文的主要目標是針對四關節(jié)實驗室機器人特有的機械結構和數(shù)學模型，建立一個新型全數(shù)字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統(tǒng)的軟、硬件平臺，實現(xiàn)對四關節(jié)實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發(fā)，首先分析了所研究的四關節(jié)實驗室機器人的本體結構，并對其抽象簡化得到了它的運動學數(shù)學模型。在明確了實現(xiàn)機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統(tǒng)的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結構：第一級CPU為上位計算機，它實現(xiàn)對機器人的系統(tǒng)管理、協(xié)調(diào)控制以及完成機器人實時軌跡規(guī)劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現(xiàn)了對機器人多個關節(jié)的高速并行驅(qū)動；第三級CPU為交流伺服驅(qū)動處理器，它實現(xiàn)了機器人關節(jié)伺服電機的精確三閉環(huán)誤差驅(qū)動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現(xiàn)上位計算機．與下位控制器之間的數(shù)據(jù)通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統(tǒng)的通信速度和可靠性。 機器人系統(tǒng)的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現(xiàn)的上位監(jiān)控軟件系統(tǒng)，它主要負責機器人實時軌跡規(guī)劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統(tǒng)之間的信息交互；二是采用C語言實現(xiàn)的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監(jiān)控系統(tǒng)或者下位控制箱發(fā)送的控制信號，實現(xiàn)對機器人的實時驅(qū)動，同時還能夠?qū)崟r的向上位監(jiān)控系統(tǒng)或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態(tài)信息。 研究開發(fā)出來的四關節(jié)實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩(wěn)定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現(xiàn)對機器人的各種設定作業(yè)的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現(xiàn)場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-06-11
上傳用戶：edisonfather
