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基于LAN的电机控制模块研制

作　者: 李孟成
导　师: 姜守达
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 局域网 虚拟仪器 VC33 电机 非平衡负载
分类号: TM301.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


基于局域网的电机控制模块是在VXI的基础上演变而来,改变了过去通过插槽插拔的方式连接功能模块,使得控制调试电机更加方便灵活,且通过以太网能够实现对电机的远距离控制。武器装备测试系统中需要对多种运动单元进行控制,因此研制基于局域网的电机控制模块具有重大意义。本课题提出了基于LAN的电机控制模块的功能要求,针对各项性能指标,规划了各部分软硬件设计方案。硬件方面,整个系统采用ARM板+DSP板+功能板的方式实现,采用基于ARM的嵌入式系统技术设计了ARM板,实现了以太网接口功能。DSP板采用DSP结合FPGA的方式,通过在FPGA中设置寄存器访问接口,实现了与ARM板通信的功能;功能板采用H桥驱动技术,实现了电机调速换向等功能。软件方面,客户端软件利用LabWindows/CVI开发工具,采用虚拟仪器设计思想在客户端开发了实用的软面板,方便了客户对电机的操作控制。在ARM板上通过移植Linux操作系统和开发通信应用程序实现了网络通信功能。在深入了解电机伺服控制原理的基础上,实现了基于DSP的电机经典控制算法。深入研究了两种现代控制算法:模糊控制算法和滑模控制算法,推导出了电机数学模型和电机状态空间方程,并建立了两种非平衡负载数学模型。利用Matlab对这两种算法进行了仿真,能够很好的用于解决电机非平衡负载控制算法问题以及防止超调情况的出现,为在嵌入式处理器中实现这两种控制算法提供了依据。最后对整个模块进行了调试和测试,测试结果表明,整个模块工作稳定,符合性能要求,达到各项技术指标。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-12
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8
  1.2 国内外LXI技术研究现状  8-9
  1.3 国内外直流电机控制技术的研究现状  9-10
  1.4 本课题的主要研究内容  10-12
第2章 总体方案  12-18
  2.1 功能要求和性能指标  12
    2.1.1 功能要求  12
    2.1.2 性能指标  12
  2.2 硬件方案  12-15
    2.2.1 ARM板设计方案  13-14
    2.2.2 DSP板设计方案  14-15
    2.2.3 电机控制电路设计方案  15
  2.3 软件方案  15-17
    2.3.1 电机控制模块软件整体结构  15-16
    2.3.2 DSP板软件方案  16
    2.3.3 ARM板软件方案  16
    2.3.4 客户端软件方案  16-17
  2.4 本章小结  17-18
第3章 硬件设计  18-29
  3.1 ARM板硬件设计  18-21
    3.1.1 以太网接口设计  18-19
    3.1.2 串口电路  19
    3.1.3 存储电路  19-21
  3.2 DSP板硬件设计  21-25
    3.2.1 Flash电路  21-22
    3.2.2 PWM波发生模块  22-24
    3.2.3 接口电路  24-25
  3.3 电机控制电路设计  25-28
    3.3.1 电机方向和调速控制电路  25-26
    3.3.2 驱动放大电路  26
    3.3.3 反馈电路  26-27
    3.3.4 捕捉单元  27-28
  3.4 本章小结  28-29
第4章 软件设计  29-39
  4.1 客户端软件设计  29-32
  4.2 ARM相关程序设计  32-34
  4.3 DSP程序设计  34-36
  4.4 电机经典控制算法的实现  36-38
  4.5 本章小结  38-39
第5章 非平衡负载控制算法  39-64
  5.1 直流电机模型的建立  39-42
  5.2 非平衡负载模型的建立  42-44
  5.3 模糊控制算法及其仿真  44-53
    5.3.1 模糊控制原理  44-45
    5.3.2 模糊控制器设计步骤  45-48
    5.3.3 仿真实验结果  48-53
  5.4 基于独立C代码的模糊控制器设计  53-55
  5.5 滑模控制算法及其仿真  55-63
    5.5.1 滑模控制原理  55-57
    5.5.2 滑模控制器设计  57-60
    5.5.3 仿真实验结果  60-63
  5.6 本章小结  63-64
第6章 系统调试与结果分析  64-71
  6.1 软硬件调试方法  64-66
    6.1.1 DSP板调试  64
    6.1.2 驱动电路板调试  64-65
    6.1.3 PWM调试  65
    6.1.4 客户端程序调试  65-66
    6.1.5 DSP程序调试  66
  6.2 调试中遇到的问题  66
  6.3 联合测试  66-70
  6.4 本章小结  70-71
结论  71-72
参考文献  72-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 一般性问题 > 电机原理 > 电机的控制
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