嵌入式運動控制器設(shè)計及伺服控制算法研究.pdf

1、隨著工業(yè)機器人的應(yīng)用越來越廣泛,以及對機器人運動速度、運動精度要求越來越高,一款具有良好通用性、可擴展性、高穩(wěn)定性以及高速處理能力的運動控制器對于實現(xiàn)多軸工業(yè)機器人的高速高精度控制具有重要意義。同時,優(yōu)秀控制算法對更好地實現(xiàn)機器人控制也十分重要。本課題主要目的就是設(shè)計一款具備較好擴展性以及高速處理能力的嵌入式運動控制器,實現(xiàn)基本伺服控制功能。同時,針對雙慣量諧振系統(tǒng)速度控制的伺服控制算法作以研究。
　　本文針對松下A5N驅(qū)動器,采

2、用嵌入式構(gòu)架以及網(wǎng)絡(luò)通訊模式,提出了基于模塊化控制核心(ARM+FPGA)適應(yīng)新型實時性RTEX網(wǎng)絡(luò)通訊的多軸嵌入式運動控制器設(shè)計方案。采用多CPU分布式架構(gòu),以ARM9處理器作為主控CPU,負責系統(tǒng)管理、人機交互以軌跡規(guī)劃等,以FPGA作為協(xié)處理器,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊以及底層伺服控制功能,兩者通過SPI總線方式通訊。而運動控制器與驅(qū)動器之間通過MNM1221芯片實現(xiàn)RTEX網(wǎng)絡(luò)通訊。ARM和FPGA均以模塊化核心板的形式,嵌入到控制器底板上

3、。底板主要完成電源電壓的轉(zhuǎn)換、供給,實現(xiàn)各種通訊接口功能等?？刂破鬈浖糠?完成了WindowsCE系統(tǒng)的嵌入以及FPGA中網(wǎng)絡(luò)通訊程序以及底層伺服控制程序的編寫。通過以上的設(shè)計,使本運動控制器具備獨立運行能力;此外,通過運動控制器的USB主從端口,COM口以及以太網(wǎng)口等接口,可以連接PC/IPC以及遠端示教盒等,構(gòu)成PC模式的運動控制器。目前,該運動控制器具備了速度以及位置控制功能。
　　結(jié)合A5N驅(qū)動器控制柜、A5空載電機和S

4、CARA機器人,完成實驗平臺的搭建?；谠搶嶒炂脚_,進行了通訊實驗和速度、位置控制實驗。分別在速度和位置模式下,控制空載電機和SCARA機器人工作在低速、中速和高速狀態(tài)。實驗驗證了嵌入式運動控制器的通訊能力以及多軸伺服控制功能。通過對實際速度、電機輸出力矩以及編碼器脈沖數(shù)等指標的測量與分析可知,該控制系統(tǒng)可以較好地實現(xiàn)高速、高精度運動控制。
　　此外,本文對如SCARA機器人等具備高轉(zhuǎn)速、較大慣量比,且傳動系統(tǒng)含有柔性環(huán)節(jié)的工業(yè)機