嵌入式多轴运动控制器的研究

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cqhy2009
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运动控制器是运动控制系统的核心,有着广泛的应用。当前市场上流行的基于PC的运动控制器多是运动控制嵌入型,需要插入计算机的PCI或者ISA插槽,因此难以独立运行和小型化。针对这些问题,本论文的主要目标是设计一种既可以独立运行,又可以受计算机控制,具有一定的柔性和开放性的嵌入式多轴运动控制器。该控制器由嵌入式CPU主板和运动控制模块构成,提供显示器、鼠标/键盘、USB、串口(RS232)、工业以太网等接口。 本论文提出一种基于“TMS320I,F2407A+MCX314As”的嵌入式多轴运动控制器,其中,TMS320LF2407A作为微处理器,MCX3 14As作为核心控制器;该控制器充分利用DSP的计算和高速数据处理能力,进行复杂的运动规划、高速实时多轴插补、误差补偿和更复杂的运动学、动力学计算,使得运动控制精度更高、速度更快、运动更加平稳;DSP2407A发送命令和数据,控制器接受到命令后,输出相应的脉冲串控制步进或伺服电动机进行工作,根据给定数据进行速度调节。MCX314As与DSP的结合,既能灵活的通过数字信号协调控制伺服电机的多轴运动,又能通过自身的内部结构特点,分担和减小DSP的工作量,这样保证运动控制的实时性和准确性。 嵌入式控制器应该具有网络通讯功能,可以实现资源共享,远程通讯或监控等,在本文中,运动控制器的现场网络通信问题采用工业以太网来实现。网络通信模块的功能是通过网络从用户程序那里取得电动机控制命令,并将命令传递给运动控制模块,另外还会将运动控制模块返回的命令执行结果或者电动机的当前状态返回给用户程序。 为了实现运动控制器对位置的准确控制,本文介绍了“PID+K<,vff>+K<,aff>”(PID+速度前馈+加速度前馈)位置控制算法。通过Matlab仿真结果发现,采用反馈加前馈的复合控制的交流伺服系统,对输入信号的响应速度快、无超调、跟踪偏差小、过渡时间短、定位精度高。较常规的PID控制有较强的参数变化自适应功能,鲁棒性好。 最后,进行了两轴伺服平台半闭环控制的仿真实验并进行仿真结果分析。通过实验分析表明,该运动控制器对直线和圆弧运动的控制比较理想,能够快速而准确地跟踪指令运动,获得较高的位置控制精度。 总之,今后基于计算机标准总线的运动控制器仍然是市场的主流,然而,基于网络的嵌入式PC的运动控制器能够克服前者的不足和缺点,会有较好的市场前景。
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