基于SOPC的機(jī)器人位置伺服控制器研究.pdf

1、機(jī)器人位置伺服控制器是機(jī)器人控制系統(tǒng)的重要組成部分，對工業(yè)機(jī)器人操作手的控制精度、穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性起著至關(guān)重要的作用。隨著工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，機(jī)器人的復(fù)雜程度和智能程度也越來越高。為了使機(jī)器人能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，需要研制性能更加完善的機(jī)器人位置伺服控制器。 本文首先研究了機(jī)器人位置伺服控制器的各種傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模式，并對各種模式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的比較分析，在此基礎(chǔ)上提出了基于SOPC(片上可編程系統(tǒng))的機(jī)器人位置伺服控制

2、器的整體實(shí)現(xiàn)方案。 SOPC 是Altera 公司提出的一種靈活、高效的SOC(片上系統(tǒng))解決方案。它將處理器、存儲器、外圍硬件設(shè)備等系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要的功能模塊集成到一個(gè)FPGA器件上，構(gòu)建成一個(gè)高效的可編程片上系統(tǒng)。本文在Altera FPGA 及內(nèi)含的一個(gè)Nios II 嵌入式軟核處理器的機(jī)器人控制器硬件平臺上研制了工業(yè)機(jī)器人操作手各關(guān)節(jié)的位置伺服控制器。根據(jù)模塊化的設(shè)計(jì)思想，作者將位置伺服控制器的各個(gè)電路模塊在FPGA 芯片內(nèi)

3、以硬件方式實(shí)現(xiàn)，形成Nios II 可以靈活調(diào)用的IP核，替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)或DSP。該控制器以Nios II 軟核處理器作為上位機(jī)，經(jīng)過軌跡規(guī)劃輸出各關(guān)節(jié)的位移作為位置伺服控制器IP 核的給定輸入，然后由各關(guān)節(jié)的位置伺服控制器實(shí)現(xiàn)各關(guān)節(jié)的運(yùn)動控制。 為了提高位置伺服控制器的各項(xiàng)性能指標(biāo)，作者對其核心部分——調(diào)節(jié)器在FPGA 中的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了較深入的研究。首先利用Quartus II 與Matlab/DSPBuilder 相結(jié)

4、合的現(xiàn)代DSP 技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了硬件形式的PID 數(shù)字調(diào)節(jié)器，然后采用硬件描述語言Verilog HDL 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了浮點(diǎn)型PID 數(shù)字調(diào)節(jié)器，并對這兩種實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了比較分析。 為了克服傳統(tǒng)PID 調(diào)節(jié)器的局限性，使之能對一些復(fù)雜的過程和參數(shù)慢時(shí)變系統(tǒng)進(jìn)行有效控制，作者將傳統(tǒng)PID 控制器與傳統(tǒng)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，用硬件方式初步實(shí)現(xiàn)了PID 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制器，利用Modelsim 開發(fā)軟件進(jìn)行了分析測試，并對PID 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)硬件在