基于arm的伺服電機控制器設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 畢業論文題 目: 基于ARM的伺服電機控制器設計 III摘 要運動控制技術能夠快速發展得益于計算機、高速數字處理器、自動控制、網絡技術的發展。基于ARM的控制器逐步成為自動化控制領域的主導產品之一。高速、高精度以及具有良好可靠性始終是運動控制技術追求的目標。本文介紹了基于ARM伺服電機控制器的設計。該控制系統采用PHILIPS LPC2114芯片作為控制核心，經D/A轉換控制伺服電機驅動器，從而控制伺服電機的轉速。該系統通過硬件實現智能控制算法，同時完成任務的合理調度及實時控制。在該系統中設計一種實時性強的自適應在線插值模糊控制器，具有良好的穩定性、較好自適應性、高可靠性、快速性、高的跟蹤精度。本文實現運動控制技術對高速、高精度的追求目標，設計并實現以微處理器為核心的控制器，改變了傳統單片機運算能力和控制功能不足的現狀和弱點。可以對電機的轉速位移進行智能化，精確化控制。關鍵詞：ARM；伺服電機；D/A數據采集；控制器Title Designing of servomotor Controller Based on ARM AbstractMotion control technology can benefit from the rapid development of puters, highspeed digital processors, automatic control, the development of network technology. ARMbased controller has gradually bee the dominant area of automation and control goal is always highspeed, high precision and reliability with good motion control technology. This Article introduces designing of servomotor Controller Based on ARM. The control system adopts PHILIPS LPC2114 chip control servo motor drives to the D/ A implementation of the system through the intelligent control algorithm, and a reasonable schedule to plete their tasks and realtime control. In this system design a realtime online adaptive fuzzy controller interpolation,it has a good stability, good selfadaptive, high reliability, rapid, high precision tracking. In this Article, motion control technology to achieve highspeed, highprecision of the pursuit of objectives, design and realization of the microprocessor as the core of the controller to change the traditional singlechip puting power and insufficient controls and weaknesses. Motor speed can be carried out on intelligent of accurate control.Keywords：ARM；Servomotor；D/A data acquisition；Controller目 次1 緒論 1 引言 1 國內外發展現狀 12 相關技術簡介 13 ARM原理簡介 13 伺服電機的控制原理簡介 203 系統設計 24 ARM微控制器PHILIPS LPC2114簡介 24 系統總體設計 26 繼電器驅動電路設計 33 系統軟件設計 33結論 38致謝 39參考文獻 40附錄:系統硬件電路圖 421 緒論 引言隨著工業的發展，嵌入式技術應用日益廣泛和成熟。ARM處理器因其具有高性能、低功耗、低成本等顯著優點，已被廣泛應用于工業控制、消費電子、汽車、網絡等各類行業。一些基于ARM7TDMI內核的微控制器都可支持DSP運算并能夠達到較高的運算指標，節約成本并降低系統的復雜性，使其在變頻系統中有著良好的發展前景。嵌入式系統是近年來逐漸發展起來的面向控制、監視的實時系統，它的特點是采用高速處理器，體積小，集成度高，運算速度快，存儲器容量大，功耗低，支持多種網絡接口。本文討論了一種基于ARM微處理器的交流伺服電機控制器設計。我們這兒的伺服電機選擇交流伺服電機，交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動控制中一般都用同步電機，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩運行的應用。 國內外發展現狀 嵌入式技術發展概況嵌入式微機工業控制技術是20世紀以來在計算機應用實踐中產生和發展起來的非常經濟實用的一種自動化技術,它集電氣、機械、計算機、通信等技術于一體,具有速度快、工作方式靈活、可靠性高、信息處能力強等特點,在工業領域中已得到廣泛的應用。目前國內工業控制中用的嵌入式工控設備的趨勢是用16位或32位微處理器替代。本設計采用嵌入式微處理器ARM,將控制板、電源和被控制設備集成于一體,形成嵌入式一體化工業控制機。雖然利用ARM只控制電機略顯奢華,但是對于多信息的受對象而言,ARM的優點將凸現無疑。基于ARM的電機機控制器是一種集電動機保護、測量、控制和通信于一體的新型多功能智能化保護與測控電器。這種控制器將熱繼電器、漏電保護器、欠(過)壓保護繼電器、熱電阻保護器、時間繼電器、變送器、測量互感器的功能融為一體，匯集了分立元器件的優點并克服其缺點，同時有很優異的控制精度，并具有模塊化的多功能智能化電器為電機保護與控制系統提供了一種新型的理想的解決方案。一些基于ARM7TDMI內核的微控制器都可支持DSP運算并能夠達到較高的運算指標，節約成本并降低系統的復雜性，使其在變頻系統中有著良好的發展前景。LPC2214ARM微控制器是PHILIPS公司生產的基于ARM7TDMIS核的芯片，特別適用于工業控制、醫療系統、訪問控制和POS機。整個系統采用雙閉環矢量控制，實驗結果證明了該設計思想的正確性，實際為伺服機控制器的選型和開發提供了一個新的思路。在某些傳動領域內，需要對被控對象實現高精度的位置控制，而實現精確位置控制的一個基本條件是需要有高精度的執行機構。當脈沖當量和進給速度都要求太高時，傳統的步進電機或直流伺服電機將面臨一系列問題，且實現起來難度大，成本較高。隨著現代工業自動化程度的逐漸提高，交流伺服系統的應用已成為工業控制的主流，并且在當代工業設備生產中占有相當重要地位。用ARM微控制器可以用很低的成本實現很復雜的控制方案。隨著計算機技術、網絡技術和微電子技術的深入發展，嵌入式系統的應用無處不在。ARM 是目前公認的業界領先的32位嵌入式RISC(精簡指令計算機)微處理器。ARM技術日益成熟和不斷發展，正在逐步滲入到我們生活的各個方面。首先了解嵌入式系統的基本概念，隨之了解由ARM 微處理器構成的嵌入式系統(簡稱ARM 嵌入式系統)的基礎知識，最后認識一下ARM技術的產業化發展過程及發展趨勢。嵌入式系統的英文叫做Embedded System，是一種包括硬件和軟件的完整的計算機系統，但又跟通用計算機系統不同。嵌入式系統的定義是：嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可剪裁，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積和功耗有嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統所用的計算機是嵌入到被控對象中的專用微處理器，但是功能比通用計算機專門化，具有通用計算機所不能具備的針對某個方面特別設計的、合適的運算速度、高可靠性和較低比較成本的專用計算機系統。ARM是Advanced RISC Machines的縮寫，是微處理器行業的一家知名企業，該企業設計了大量廉價、高性能、低功耗的RISC處理器、相關技術及軟件。ARM技術有很好的性能和功效，其合作伙伴包括世界許多頂級的半導體公司。目前，共有3O家半導體公司與ARM簽訂了硬件技術使用許可協議，其中包括Intel、IBM、LG半導體、NEC、SONY、PHILIPS和國家半導體這樣的大公司。可以說，ARM不僅僅代表一個公司，代表了一類微處理器，代表了一種技術，還代表了一種新型的產業發展模式。ARM（Advanced RISC Machines）適用于多種領域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應用等。 ARM提供一系列內核、體系擴展、微處理器和系統芯片方案。由于所有產品均采用一個通用的軟件體系，所以相同的軟件可在所有產品中運行。（ARM體系結構目前被公認為是業界領先的32位嵌入式RISC微處理器結構ARM體系結構為滿足ARM合作者以及設計領域的一般需求正穩步發展。每一次ARM體系結構的重大修改，都會添加極為關鍵的技術。在體系結構作重大修改的期間，會添加新的性能作為體系結構的變體。目前ARM的收入來源已經實現了多元化：首先是專利授權費用，這是客戶采用ARM專利時一次性付給ARM的費用；其次是按照一定比例收取客戶產品的專利使用費，即客戶每賣出一片芯片，就收取同等比例的費用。這兩項專利技術收入分別占公司總收入的40%和30%。另外，該公司在設計工具銷售方面的收入有15%左右，剩下的來自設計顧問服務和培訓支持服務等。值得注意的是，在2003年第一季度，ARM專利使用費用比上一季度大幅上漲了33%。這表明，ARM不僅僅自己發家致富，也為合作伙伴帶來了財運。正是采用共生共存的合作方式，ARM為客戶創造利潤的同時，也為自己覓得了商機。ARM公司成立于1990年11月，全稱是“Advanced RISC Machines Ltd.”，它是由英國Acorn公司提供技術和12名工程師、美國蘋果電腦和VLSI Technology（目前已被飛利浦收購）出資合手組建的美英混血公司。ARM的第一個客戶就是蘋果電腦公司，為其新開發的Newton掌上電腦提供高速度、低功耗的RISC（精簡指令集算法）處理器。由于ARM只有技術，缺乏資金來購買昂貴的芯片制造、封裝和測試設備，因此ARM授權伙伴公司VLSI Technology生產，并提供必要的技術支持，這種合作方式的初步成功也為今后ARM的發展模式奠定了基礎。在以后的幾年中，ARM憑借高超的技術和相對低廉的授權方式，贏得了不少客戶的青睞，這其中包括大名鼎鼎的夏普、GEC Plessey、德州儀器和Cirrus Logic等廠商。由于ARM的授權方式靈活多變，價格相對便宜，在技術上也獨樹一幟，因此加入ARM聯盟的廠商越來越多,目前全球有112家廠商在使用ARM公司的技術授權，而以微軟和SUN為首的一批知名公司也為ARM處理器開發軟件。2000年，全球ARM處理器的發貨量達到4億；到2001年，%的RISC處理器的市場份額；2002年則幾乎壟斷了全球嵌入式RISC處理器市場。據Dataquest的最新報告顯示，2002年ARM公司再次成為排名第一的IP提供商，其市場份額高出排名第二Rambus公司約一倍左右。在ARM的客戶名單中，全是業界耳熟能詳的名字：英特爾、三星、德州儀器、摩托羅拉和美國國家半導體等，幾乎涵蓋了所有芯片廠商。在半導體消費普遍衰退的今天，ARM能夠逆市上揚，給人們留下太多的啟示，可見RAM具有很強的市場發展潛能。ARM公司開發了一系列ARM處理器核。目前最新的系列已經是ARM11了。ARM6及更早的系列已經罕見了，ARM7以后的核也不是都獲得廣泛應用。目前應用最多的是ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM1O系列、SecurCore系列、Intel的StrongARM 、XScale系列。ARM7系列：包括ARM7TDMI、ARM7TDMIS、帶有高速緩存處理器宏單元的ARM720T和擴充了Iazelle的ARM7EJS。該系列廣泛應用于多媒體和嵌入式設備，包括Internet設備、網絡和調制解調器設備以及移動電話、PDA等無線設備。ARM9系列：包括ARM9TDMI、ARM92OT和帶有高速緩存處理器宏單元的ARM940T。該系列主要應用于引擎管理、儀器儀表、安全系統、機頂盒、高端打印機、PDA、網絡電腦以及帶有MP3音頻和MPEG4視頻多媒體格式的智能電話中。ARM9E系列：為綜合處理器，包括ARM926EJS、帶有高速緩存處理宏單元的ARM966ES、ARM946ES。該系列強化了數字信號處理功能，可應用于需要DSP與微控制器結合使用的情況，將Thumb技術和DSP都擴展到ARM指令集中，并具有