基于arm的伺服電機控制器設(shè)計畢業(yè)論文-資料下載頁

　　

【正文】 光電隔離是由光電耦合器件完成的。光電耦合器是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新型電子元件，是以光為媒介傳輸信號的器件。其輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置受光器，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的。開關(guān)量輸入電路接入光電耦合器后，由于光電偶合器的隔離作用，使夾雜在輸入開關(guān)量中的各種干擾脈沖都被擋在輸入回路的一側(cè)。除此之外，它還能起到很好的安全保障作用，因此在光電耦合器的輸入回路和輸出回路之間有很高的耐壓值，在500V~1KV，甚至更高，由于電耦合器不是將輸入側(cè)和輸出側(cè)的電信號進(jìn)行直接耦合，而是以光為媒介進(jìn)行間接耦合，所以具有較高的電氣隔離和抗干擾能力。光電偶合器件（簡稱光耦）是把發(fā)光器件（如發(fā)光二極體）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，通過光線實現(xiàn)耦合構(gòu)成電—光和光—電的轉(zhuǎn)換器件。光電耦合器分為很多種類。圖 最常用的光電耦合器之內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖本次設(shè)計我們選用6N137光電隔離器，6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個850nm波長AlGaAs LED和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運放及一個肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(典型為10MBd)，5mA的極小輸入電流。，信號從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳入光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個輸入端, 與門的另一個輸入為使能端, 當(dāng)使能端為高時與門偷出高電平, 經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當(dāng)輸入信號電流小于觸發(fā)閡值或使能為低時，輸出高電平，但這個邏輯高是集電極開路的,可針對接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。圖 6N137實際電路連接圖 伺服驅(qū)動器選型伺服驅(qū)動器是來控制伺服電機的,是伺服電機的控制部分。在這里我們選擇根據(jù)SGMSH10A??A型伺服電機適配SGDM10ADA伺服驅(qū)動器。 圖 SGDM10ADA伺服驅(qū)動器實物圖SGDH伺服驅(qū)動器MECHATROLINK I/F 單元伺服信息（位置、速度、輸入輸出）的讀出和各種指令的變更，可以通過實時控制來實現(xiàn)。一個上位控制器可以最多實現(xiàn)15站點的多軸運動控制。全閉 I/F單元在機械前端所發(fā)生的位置偏移，可以用最近的方式。用脈沖指令可以對應(yīng)全閉環(huán)位置控制，即使精度上升，仍能高速驅(qū)動并且在安全上也能起到作用。 它的性能卓越 ，為了實現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率，該驅(qū)動器CPU運算時間減少了一半，通過擴充新控制算法，定位時間大大縮短，實現(xiàn)了出類拔萃的響應(yīng)性。又由于新控制算法的擴充，實現(xiàn)了模式跟蹤控制，制振控制，強化了對振動的控制。因此，即使低剛性機械其定位整定時間亦可縮短1/3(與其它產(chǎn)品相比較)。另外，高速/高精度驅(qū)動實現(xiàn)了最高轉(zhuǎn)速5000/rpm。此外，因采用了高分辨率串行編碼器(16，17bits)，提高了定位精度。dq軸變換電流控制系統(tǒng)的采用，轉(zhuǎn)矩控制精度(重復(fù)性)亦提高了177。5%至177。2%。 而且采用了速度觀測控制，使電機的速度波動大幅度減低，低速下亦可平滑運轉(zhuǎn)。除此之外，它還有設(shè)定簡單，維護簡便，可靠性高等優(yōu)點。因此我們選擇SGDM10ADA伺服驅(qū)動器。 驅(qū)動控制電路 D/A轉(zhuǎn)化模塊選擇由于LPC2114不包含D/A轉(zhuǎn)換器，因此我們可以選擇D/A轉(zhuǎn)換器MAX518作為數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。 D/A轉(zhuǎn)換器在單片機的過程控制和實時控制等應(yīng)用中，常常需要將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出，因此D/A轉(zhuǎn)換芯片在此類應(yīng)用中扮演著非常重要的角色。本次設(shè)計D/A轉(zhuǎn)換是將ARM片輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動伺服電機工作的模擬電壓信號。D/A轉(zhuǎn)換芯片的種類繁多，MAX518是一款8引腳的雙列直插D/A轉(zhuǎn)換器，其采用＋5V單電壓供電，具有雙線串行接口，可與多個設(shè)備進(jìn)行通信。MAX518的實際電路連接圖如圖 。OUT0、OUT1為D/A轉(zhuǎn)換的電壓輸出；AD0，AD1為地址輸入端，用于設(shè)置器件的從動地址：SCL為串行時鐘輸入；SDA為串行數(shù)據(jù)輸入，該器件兼容，可以很方便地加到單片機上。MAX518特點是：單+5V電源,8位轉(zhuǎn)換精度,接口,可選單通道輸出或雙通道同時輸出。圖 MAX518 實際電路連接圖 伺服單元控制電路∑ 所示。 伺服單元內(nèi)部框圖 伺服單元主電路配線圖其中：Q：配線用斷路器（變頻器用）FIL：干擾過濾器KM：接點KA：繼電器HL：顯示用指示燈1D：續(xù)流二極管 繼電器驅(qū)動電路設(shè)計由控制器輸出的控制信號經(jīng)過光電隔離芯片6N137的輸出,通過三極管驅(qū)動用作驅(qū)動繼電器KA，如此就能控制電機伺服功能，P動作以及警報復(fù)位功能。 伺服單元繼電器驅(qū)動電路圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)程序流程圖用戶輸入指令后, ARM進(jìn)行初始化，系統(tǒng)錯誤檢查后進(jìn)入控制狀態(tài)，打開啟動開關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分析誤差，若有誤差則進(jìn)行反饋調(diào)整再輸出控制信號，若無誤差這直接輸出控制信號，從而實現(xiàn)對伺服電機的轉(zhuǎn)速位移的調(diào)節(jié)。伺服電機運行狀況監(jiān)視, 故障報警, 控制命令的發(fā)送等, 采用VC++編寫, 所示：圖 主程序流程圖 參數(shù)自調(diào)整在線插值模糊控制算法以PHILIPS單片32位ARM微控制器－LPC2114為控制核心的主控制器，提供了高速的運算能力和強大的控制功能，為伺服電機追求高速高精度提供了必需的硬件保障和實現(xiàn)的可能性；采用的參數(shù)自調(diào)整在線插值模糊控制算法，在實際應(yīng)用中很容易實現(xiàn)，是一種快速精確的控制算法，兩者共同構(gòu)建了高性能的伺服控制器。該方案實現(xiàn)的伺服電機控制器已在高速、高精度的運動機械控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用，亦可用于其他高要求的運動控制中。普通的在線模糊算法實際上是一個查表輸出的過程，其實質(zhì)就是某種插值器。其模糊控制器的穩(wěn)態(tài)性能遠(yuǎn)不如普通的PID或PI控制器，除了所制定的模糊表不佳之外，另外一個重要原因就是誤差及誤差變化率被模糊量化取整而引起的控制器調(diào)節(jié)死區(qū)，以及控制量的分檔而引起的控制器調(diào)節(jié)過粗。從理論上講，增加論域元素的個數(shù)，即把等級細(xì)分，可提高控制精度，但這種方法受計算機字長的限制，同時也增大計算量，對于模糊控制顯得必要性不大。模糊控制系統(tǒng)的在線插值算法相當(dāng)于在論域內(nèi)的分檔趨于無窮大，因此也相當(dāng)于在控制規(guī)則表相鄰分檔之間以線性插值方式補充了無窮個新的、經(jīng)過細(xì)分的控制規(guī)則，完善了原有的控制規(guī)則，從根本上克服了普通模糊控制系統(tǒng)因控制器輸入輸出變量量化所造成的控制精度低與可能出現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)顫振等缺點，在實際應(yīng)用中很容易實現(xiàn)，是一種快速精確的控制算法。模糊控制的量化因子、比例因子Ku會影響系統(tǒng)動、靜態(tài)性能，從系統(tǒng)輸出來看調(diào)節(jié)比例因子的因果關(guān)系比較明確，它直接影響系統(tǒng)性能，最終也能起到影響Ke和Kec的作用，因而采用在線自調(diào)整Ku能夠收到很好的控制效果，不會使系統(tǒng)過于復(fù)雜而影響實時性。參數(shù)自調(diào)整的在線插值模糊控制算法具有以上兩個方面的優(yōu)點，該算法容易用程序?qū)崿F(xiàn)，在實際中得到了良好的應(yīng)用。自調(diào)整算法模糊查詢表Ke變換調(diào)整被控對象Kecd/dt反饋因子插值調(diào)整KuRe圖 線插值模糊控制器參數(shù)自調(diào)整的在線插值控制算法的N—。圖 線插值控制算法的N—S流程圖 子程序代碼基于181。C/OSⅡ?qū)崟r操作系統(tǒng)主函數(shù)及相關(guān)任務(wù)的編寫與嵌入子程序(函數(shù))：系統(tǒng)的初始化；反饋信號實時采樣子程序；主程序(函數(shù))：void Task1(void){while(l)調(diào)用相關(guān)子程序；參數(shù)自調(diào)整在線插值模糊控制算法；OSTimeDlyHMSM(合適的時問)；}void Task2(void){while(1)等待相關(guān)條件的觸發(fā)；電源監(jiān)控處理；}void TaskStart(void){設(shè)置所有被調(diào)用任務(wù)的不同優(yōu)先級；使能定時器的定時中斷，提供給操作系統(tǒng)181。C/OSⅡ基準(zhǔn)時鐘；分別創(chuàng)建任務(wù)，并賦于不同優(yōu)先級和堆棧；OSTmkDel(OS_PR10_SELF)；void main(void){硬件和軟件模塊的相關(guān)初始化；/*操作系統(tǒng)181。C/OSⅡ進(jìn)行多任務(wù)調(diào)度必需的操作 */OSInit()；/*基準(zhǔn)定時器的初始化設(shè)置*/OSTimeSet(0)；/*創(chuàng)建開始任務(wù)*/OSTaskCreate(TaskStart，(void *)0,堆棧尺寸，任務(wù)優(yōu)先級)。/*操作系統(tǒng)181。C/OSⅡ進(jìn)行多任務(wù)調(diào)度必需的操作*/OSStart()；}結(jié) 論三個月的畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年知識的檢驗，也是一次人生的體驗。畢業(yè)設(shè)計主要是為了將書本上的知識轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)品，這也是大學(xué)素質(zhì)教育的目的。在將知識轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)實踐，這要付出很多的努力。不僅僅是精力和體力，而且是意志力的體現(xiàn)。在設(shè)計當(dāng)中很多問題在課本上是找不到答案的，這需要大家逐步摸索，逐步實驗，其中許多問題我們還是不甚了解。但在這三個月中，我學(xué)到了很多東西，其中的酸甜苦辣可想而知。本文大體上完成了伺服電機控制器的整體設(shè)計，以LPC2114芯片為核心，其控制功能強，工作穩(wěn)定，抗干擾能力強，當(dāng)然弊端也很多，個別電路芯片的保護措施不太完善，希望將來能夠得到圓滿的解決，電機的調(diào)速范圍也不夠廣結(jié)構(gòu)較簡單精確度不高等問題，今后還需要進(jìn)一步改進(jìn)。 此次設(shè)計當(dāng)中硬件部分的設(shè)計與連接和ARM控制器流程圖與子程序的編寫都可以說是本次設(shè)計的難點與重點。ARM相關(guān)技術(shù)知識由于以前從未接觸過，所以本次設(shè)計可以說是一個邊學(xué)習(xí)邊運用的過程，其過程艱辛程度可想而之，這些全靠于老師的悉心指導(dǎo)才得以順利完成。同時由于對ARM硬件及相關(guān)知識的缺乏，導(dǎo)致在設(shè)計當(dāng)中卻遇到了許多難題。許多硬件都涉及到具體產(chǎn)品，如何選用是我們的一大難題。而且一些元器件很難在資料中查詢到。但也鍛煉了我們的實際動手能力。這對我們將來的發(fā)展有很大的好處。致 謝本次設(shè)計從選題、調(diào)研到方案論證，直至報告寫作完成的整個過程都是在我的導(dǎo)師于心俊老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在此，我向于心俊老師表示衷心的感謝。感謝于老師對我孜孜不倦的指導(dǎo)，幫我擺正做畢業(yè)設(shè)計的態(tài)度，教我做事情的方法，這些在我以后的工作生活中都將起到很好的指導(dǎo)作用。設(shè)計過程中還得到了其他老師和同學(xué)的大量幫助，可以說本次設(shè)計的順利圓滿完成是大家共同努力的結(jié)果，是和每個人的辛勤付出分不開的，這使我在過程中再次體會到集體力量的強大,認(rèn)識到了團隊合作的重要性。在河南工業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)期間，使我較系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了自動化的相關(guān)知識，借此機會向所有關(guān)心和支持過我的老師們，以及和我朝夕相處，在生活、學(xué)習(xí)上給我很大幫助的同學(xué)們，一并表示真誠的謝意。由于能力和時間的限制，設(shè)計中難免有錯誤和不足之處，還請各位老師和同學(xué)指正。參 考 文 獻(xiàn)[1] Pentamicro DataSheet,Version [DB/CD].2005[2] MPC860 PowerQUICC User39。s [3] [J].中國科技信息，2007[4] 孔祥營, 及其開發(fā)環(huán)境Tornado[M].北京:中國電力出版社,2003[5] 周啟平，張楊VxWorks 下設(shè)備驅(qū)動程序及BSP開發(fā)指南[M].北京：中國電力出版社，2007[6] 在ARM芯片上的應(yīng)用[J].微計算機信息.[7] [J].2006,3:3841[8] ARM公司．ARM Architecture Reference Manual[M]．ARM 公司，2007[9] 周立功．ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005[10] 鄭文波，曹金安．嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展市場、技術(shù)與前景[J]．自動化博覽，2007，(1)：17[11] 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