基于DSP的多軸運(yùn)動(dòng)控制器研究.pdf

1、運(yùn)動(dòng)控制器作為開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的核心，在開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)中具有非常重要的地位，并得到越來(lái)越多的關(guān)注，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到機(jī)器人、航空宇宙、醫(yī)療設(shè)備、測(cè)試測(cè)量、半導(dǎo)體制造以及材料處理等諸多領(lǐng)域。與歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在運(yùn)動(dòng)控制器領(lǐng)域還有較大差距。因此，研究一款開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器具有現(xiàn)實(shí)意義。本文結(jié)合兩自由度移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制需求，對(duì)基于DSP的多軸運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行了研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 在對(duì)目前市場(chǎng)上主流運(yùn)動(dòng)控制器的體系結(jié)

2、構(gòu)進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出了基于DSP的兩軸運(yùn)動(dòng)控制器的總體設(shè)計(jì)方案，并從硬件、軟件兩個(gè)方面對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。運(yùn)動(dòng)控制器硬件部分包括DSP硬件電路和復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)擴(kuò)展模塊兩個(gè)部分。其中芯片DSP采用TI公司的TMS320LF2407A，ALTERA公司的MAX系列CPLD EMP7128對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器的功能進(jìn)行擴(kuò)展，文中給出了硬件電路各模塊的詳細(xì)的電路圖。運(yùn)動(dòng)控制器軟件部分包括DSP系統(tǒng)初始化程序和控制算法兩

3、個(gè)部分，文中給出了DSP初始化函數(shù)以及各控制算法的軟件設(shè)計(jì)流程圖。最后還在兩自由度機(jī)器人MTR平臺(tái)上，對(duì)兩軸運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行了試驗(yàn)。
　　 為使運(yùn)動(dòng)控制器能夠適應(yīng)更復(fù)雜的領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)更多自由度機(jī)器人、機(jī)械臂等場(chǎng)合的應(yīng)用，提出了基于FPGA的四軸運(yùn)動(dòng)控制器，給出了四軸運(yùn)動(dòng)控制器的體系結(jié)構(gòu)，軟硬件解決方案，并對(duì)FPGA內(nèi)部各邏輯模塊在Quartus II平臺(tái)上進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與仿真。該四軸運(yùn)動(dòng)控制器采用TI公司的TMS320F2812和

4、ALTERA公司的Cyclone II系列FPGA EP2C5Q為控制核心。這種結(jié)構(gòu)將DSP數(shù)字信號(hào)處理能力與FPGA邏輯處理能力都得到充分的發(fā)揮。
　　 為解決PID控制算法在面對(duì)非線性問(wèn)題時(shí)無(wú)法得到高精度的控制性能的問(wèn)題，提出了基于模糊小腦模型(Fuzzy Cerebellar Model Articulation Controller，簡(jiǎn)稱(chēng)FCMAC)的補(bǔ)償控制策略，該控制策略將FCMAC作為補(bǔ)償控制器引入伺服系統(tǒng)的速度環(huán)