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嵌入式运动控制器及相关软件开发

作　者: 樊小龙
导　师: 王煜
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: ARM UC/OS-Ⅱ 嵌入式运动控制器升降速仿真
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

运动控制器是运动控制系统的核心和关键,有着广泛的应用。国内运动控制器所采用的硬件平台和国外产品相比没有太大的差距,有的甚至更加先进。欧美运动控制器的优点是它提供了许多先进的控制算法。另外,国内很多运动控制器提供给用户的运动控制函数,而国外的运动控制器很多都提供指令集,这使得用户应用开发变的很容易。本课题研究的主要任务是在分析和总结国内外运动控制器的基础上,吸收先进的微电子技术、嵌入式技术,并借鉴国外运动控制器的一些优点,开发出一套基于ARM嵌入式的双轴运动控制器。本文所设计的运动控制器相比现在国内其他双轴运动控制器有以下优点:将电源模块加入到运动控制器,使得用户直接用220V或者110V电源就可以驱动控制器,而不用再用其他的电源转换设备,同时也降低了用户成本;本文在传统DDA插补法基础上通过动态选择寄存器位数以及置寄存器最高位为1使直线插补误差小于1个脉冲当量,圆弧插补误差小于两个脉冲当量,而且插补速度大幅提升,进给脉冲更加均匀;在加减速方面,本文提出了一种时间片算法,使得大于4K的误差小于一个时间片;最后本文提供了一个简单、实用、具备基本控制功能的指令集。本文的主要工作内容包括:1.根据运动控制器的工作原理,确定控制器的一些主要性能与技术指标,提出运动控制器的总体设计方案,并对一些功能模块进行简要的规划。2.依据方案,设计出以32位ARM微处理器LPC2294为核心的主控制器。3.对运动控制器的常用插补算法进行研究,给出直线插补和圆弧插补的程序流程图,同时提出新的针对步进电机设计的速度控制、升降速控制。4.移植实时嵌入式操作系统uc/os-II。5.运动控制器指令集及指令解释器的设计,详细讲述指令的功能及指令解释器实现的程序流程。6.在PC机上完成对uc/os-II的仿真。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 引言  9
  1.2 运动控制器的特点及分类  9-11
    1.2.1 运动控制器的特点  9-10
    1.2.2 运动控制器的分类  10-11
  1.3 运动控制器国内外发展现状及发展趋势  11-12
    1.3.1 运动控制器的发展现状  11
    1.3.2 运动控制器的发展趋势  11-12
  1.4 本文完成的主要工作  12
  1.5 章节安排  12-14
第2章总体方案设计  14-17
  2.1 引言  14
  2.2 运动控制器的性能指标  14
  2.3 总体设计方案  14-16
  2.4 主要技术参数  16
  2.5 本章小结  16-17
第3章运动轨迹规划  17-40
  3.1 引言  17
  3.2 插补算法  17-18
  3.3 数字积分法  18-25
    3.3.1 DDA 法直线插补  18-21
    3.3.2 DDA 法圆弧插补  21-25
  3.4 DDA 插补算法的误差分析  25-28
  3.5 DDA 插补算法的改进  28-30
  3.6 升降速算法  30-39
    3.6.1 步进电机简介  30-31
    3.6.2 步进电机的特性  31
    3.6.3 步进电机的速度控制  31-33
    3.6.4 升降速的实现方法  33-39
  3.7 本章小结  39-40
第4章运动控制器的硬件设计  40-51
  4.1 引言  40
  4.2 LPC2294 微处理器简介  40-41
  4.3 基于LPC2294 的运动控制器硬件平台总体结构  41
  4.4 硬件电路设计简介  41-50
    4.4.1 电源电路  41-46
    4.4.2 其他电路模块设计  46-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章基于ARM 嵌入式运动控制器的软件设计  51-63
  5.1 引言  51
  5.2 uC/OS-II 简介  51-52
  5.3 uC/OS-II 在LPC2294 的移植  52-55
    5.3.1 uC/OS-II 的内核体系结构  52-53
    5.3.2 uC/OS-II 的移植步骤  53-55
  5.4 MC 指令集  55-57
    5.4.1 指令语法  55-56
    5.4.2 MC 指令集介绍  56-57
  5.5 MC 解释器  57-61
    5.5.1 MC 解释器架构介绍  57-60
    5.5.2 MC 解释器实物图  60-61
  5.6 uC/OS-II 的PC 移植  61-62
  5.7 本章小结  62-63
第6章运动控制器的调试与试验  63-69
  6.1 引言  63
  6.2 运动控制器实物图  63
  6.3 运动控制器硬件调试  63-65
  6.4 运动控制器软件调试  65-66
  6.5 运动控制器总体功能调试  66-68
  6.6 本章小结  68-69
结论  69-71
参考文献  71-76
致谢  76

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