基于嵌入式实时操作系统的运动控制器的研究与应用

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运动控制(MOTIONCONTROL)能够实现对运动轨迹、运行速度、定位精度等的精确控制,因此成为控制领域中的一个重要研究方向。作为控制指令直接发出者的运动控制器,在运动控制系统中处于核心地位,是电机控制技术、电力电子技术、传感器技术、微电子技术、自动控制技术等多学科的交叉应用技术。本文研究的运动控制器能对四部电机进行协调控制,可以对X、Y、Z三维机械手实现运动轨迹、运行速度、定位精度精确控制。 针对目前运动控制器的现状,在深入研究目前运动控制器的基础上提出了一种基于“DSP+CPLD”架构的硬件解决方案,结合课题的指标要求构建了能控制四轴的运动控制器。以DSP(digitalsignalprocessor)作为控制核心,实现了控制算法、监视以及对上位机的通信。以CPLD(compulsiveprogrammablelogicdevice)作为DSP和伺服放大器的接口。根据伺服放大器的要求和机械手控制的需要设计了电路原理图。 设计了以嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ为核心的软件架构,构建了一种易读、易于扩展、易于裁减、实时性高的软件系统,在实际中取得了良好的效果。 编写了CPLD内部程序,包括脉冲发送、中断控制和在伺服放大器和DSP之间的接口程序,如伺服放大器的初始化的开关量、D/A的接口时序等。 对控制算法进行了深入的研究,包括位置控制算法、直线插补算法和加、减速控制算法。位置控制算法用于实现位置的精确控制,达到了预期的控制精度;用直线插补算法实现轨迹规划;在电机起步、运行和停止的过程中的速度平滑控制采用了加、减速控制算法,实现了慢起慢停,不失步、不超程。 针对运动控制器的运行环境可能出现强电、天电干扰的情况,在对信号的完整性进行了充分考虑的基础上,完成了PCB制作;在设计电路上对出现的强干扰采取了有效的屏蔽或隔离措施。 该运动控制器控制的三维机械手在实验室成功运行,实现了位置、速度和轨迹精确控制。
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