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基于DSP的微型机器人运动控制系统的研究

作　者: 张艳杰
导　师: 胡玉兰
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 运动控制系统 DSP 无刷直流电机模糊-PID
分类号: TP242.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

机器人运动控制系统是实现机器人运动控制的核心,对机器人的平稳运行起着至关重要的作用。随着计算机技术、电力电子技术、控制理论和传感器技术等的不断成熟和发展,机器人的智能化程度越来越高,所具备的功能也越来越强大,这对运动控制系统提出了更高的要求。本文设计了以DSP芯片TMS320F2812为核心的机器人运动控制系统,其意义就在于设计出高性能的运动控制系统平台,为深入研究机器人智能系统打下良好的基础。论文中研究了基于DSP的移动机器人运动控制系统的具体实现方案,对系统的硬件、软件以及速度控制策略进行了分析和设计。首先,本文设计了运动控制系统的总体方案,介绍了运动控制系统的组成与行驶结构,然后对DSP芯片和电机类型进行调研,最终确定选型。并对DSP芯片TMS320F2812特点以及无刷直流电机的结构、控制技术进行介绍。其次,为了提高电机的控制性能,本文采用了电流环和速度环双闭环的控制方法来控制电机。文中将先进的模糊控制理论运用到传统的PID控制器中,设计了一种参数自整定模糊PID控制器,同时借助功能强大的Matlab/Simulink,对参数自整定模糊PID控制器进行了仿真,验证了该方法的有效性。然后,针对TMS320F2812和无刷直流电机的特点和功能,设计了运动控制系统的整体结构和硬件电路。在设计的硬件电路和控制算法的基础之上,完成了运动控制系统软件的设计。软件设计采用模块化结构,简洁明了,便于程序修改和调试。最后,对机器人运动控制系统进行了调试和测试,实验结果验证了控制系统设计的合理性。硬件平台稳定,软件运行平稳,满足设计要求。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-17
  1.1 课题研究的背景和意义  12
  1.2 机器人运动控制系统的研究现状  12-15
    1.2.1 控制器的发展  12-14
    1.2.2 电机控制方法的发展  14-15
  1.3 论文主要研究内容  15-17
第2章机器人运动控制系统总体方案设计  17-33
  2.1 运动控制系统的组成  17-18
  2.2 运动控制系统的行驶机构  18-19
  2.3 机器人运动控制器  19-24
    2.3.1 控制器总体结构  19-20
    2.3.2 DSP 芯片的选型及 TM5320F2812 介绍  20-24
  2.4 机器人驱动系统  24-32
    2.4.1 驱动电机的选型  24-25
    2.4.2 驱动电机的结构及工作原理  25-29
    2.4.3 电机的控制技术  29-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章机器人运动控制策略研究  33-45
  3.1 常规数字 PID 控制  33-36
    3.1.1 PID 控制基本原理  33-34
    3.1.2 数字PID 控制算法  34-36
    3.1.3 PID 控制器参数整定  36
  3.2 模糊控制  36-38
    3.2.1 模糊控制的基本原理  36-37
    3.2.2 模糊控制器的基本机构  37-38
  3.3 模糊 PID 控制器的设计  38-42
    3.3.1 模糊PID 控制的基本原理  38-39
    3.3.2 模糊PID 控制器的设计  39-42
  3.4 模糊 PID 控制器的仿真  42-44
    3.4.1 构建模糊推理系统  42-43
    3.4.2 建立Simulink 仿真编辑环境  43-44
    3.4.3 仿真结果分析  44
  3.5 本章小结  44-45
第4章机器人运动控制系统硬件设计  45-62
  4.1 DSP 芯片TM5320F2812 外围电路设计  45-51
    4.1.1 电源转换电路  45-46
    4.1.2 复位和时钟电路  46-47
    4.1.3 模数接口  47-48
    4.1.4 JTAG 接口电路  48
    4.1.5 外部扩展存储器  48-50
    4.1.6 串行通信接口  50-51
  4.2 车轮电机驱动电路设计  51-56
    4.2.1 驱动方案的设计及器件选择  51-53
    4.2.2 驱动电路设计及工作原理  53-56
  4.3 检测电路设计  56-58
    4.3.1 电流检测  56-57
    4.3.2 转子位置检测  57-58
    4.3.3 速度检测  58
  4.4 系统的抗干扰设计  58-61
    4.4.1 高速光耦隔离器件的使用  58-59
    4.4.2 电源噪声的干扰抑制  59
    4.4.3 PCB 的抗干扰设计  59-61
  4.5 本章小结  61-62
第5章机器人运动控制系统软件开发  62-79
  5.1 DSP 软件开发环境介绍  62-63
    5.1.1 CCS 介绍  62-63
    5.1.2 DSP 软件开发流程  63
  5.2 系统软件总体结构及设计思想  63-78
    5.2.1 Flash 引导程序  64-66
    5.2.2 主程序模块设计  66
    5.2.3 中断子程序设计  66-70
    5.2.4 功能子程序模块设计  70-78
  5.3 本章小结  78-79
第6章机器人运动控制系统调试  79-83
  6.1 实验结果及调试  79-82
    6.1.1 PWM 信号的检测  79-80
    6.1.2 转子位置反馈信号检测  80-81
    6.1.3 直流电机开环和闭环调试  81-82
  6.2 本章小结  82-83
结论  83-85
参考文献  85-89
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  89-90
致谢  90-91
附录  91-94

基于DSP的微型机器人运动控制系统的研究

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