基于DSP的直流伺服驱动的机器人关节控制系统

论文摘要

随着机器人的日益广泛应用,机器人的关节控制成为研究的重点。根据关节控制的高精度以及高稳定度的性能要求,本文采用TI公司的TMS320F2812 DSP为主控制器,以DCM57205直流伺服电机为关节驱动电机设计了机器人关节控制系统。首先介绍了机器人关节驱动电机类型的选取,并详细介绍了直流伺服电机的工作原理,并建立了直流伺服驱动系统的数学模型,采用电流环和速度环的双闭环控制策略。分析了直流伺服电机的单极性驱动和双极性驱动的工作原理和特点,并介绍了直流伺服电机双闭环调节器的工程设计方法。系统利用MATLAB/SIMULINK进行了直流伺服驱动系统的双闭环仿真,电流环和速度环首先都采用常规PI控制,再利用模糊控制算法对速度环的PI参数进行在线整定,电流环利用常规PI控制,并建立了仿真模型,与常规PI控制作对比实验。详细介绍了模糊自适应控制的原理以及模糊控制器仿真模型的搭建。本设计的电机采用深圳雷赛公司的DCM57205直流伺服电机,根据其电机参数,通过双闭环的工程设计方法,分别计算了转速环和电流环的PI参数,通过MATLAB/SIMULINK验证,为实际机器人关节控制系统的电流环和速度环的PI参数的选取提供了参考。系统的硬件部分对本系统所选的微处理器DSP及其最小系统的基本电路进行了简单的介绍,而后详细介绍了关节驱动电路、以及过电流保护和过电压保护电路、隔离电路、A／D采样电路、电流传感器的电流采集电路的搭建原理以及一些重要参数的计算过程和各参数选取方法。软件部分主要介绍了DSP的集成开发环境以及系统的主程序、A／D中断处理程序、速度环子程序、PWM产生子程序以及相关的中断服务程序流程图。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 课题研究的现状
• 1.3 论文的主要内容
• 1.4 论文的结构安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 机器人关节控制系统的总体设计方案
• 2.1 系统的方案设计
• 2.1.1 直流PWM伺服驱动技术
• 2.1.2 PWM装置的数学模型
• 2.1.3 直流电机的选型及其数学模型
• 2.2 双闭环调速系统的工程设计方法
• 2.2.1 电流调节器的工程设计方法
• 2.2.2 转速调节器的工程设计方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 机器人关节控制系统的硬件电路设计
• 3.1 TMS320F2812 DSP外围基本电路设计
• 3.1.1 TMS320F2812 DSP简介
• 3.1.2 时钟和复位电路
• 3.1.3 电源管理模块
• 3.2 电机驱动电路设计
• 3.3 电流采样电路
• 3.4 速度检测单元
• 3.5 隔离电路
• 3.6 保护电路
• 3.7 本章小结
• 第四章 关节控制系统的软件设计
• 4.1 DSP软件开发环境
• 4.2 系统的主程序
• 4.3 A/D中断子程序
• 4.4 PWM波形的产生
• 4.5 转速单元程序设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 系统的仿真研究
• 5.1 双闭环调速系统的仿真
• 5.2 模糊控制的基本原理
• 5.2.1 模糊控制的构成和工作原理
• 5.2.2 模糊控制器的基本设计方法
• 5.3 直流伺服电机模糊控制的仿真研究
• 5.3.1 模糊控制器的结构和模糊化
• 5.3.2 模糊控制规则
• 5.3.3 模糊控制语言
• 5.3.4 模糊控制器的MATLAB实现
• 5.3.5 直流电机模糊控制的仿真
• 5.4 结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文