基于AR控制的交流伺服系统设计.docx

基于ARM及松下A5伺服控制系统设计摘 要运动控制技术能够快速发展得益于计算机、高速数字处理器、自动控制、网络技术的发展。基于ARM的控制器逐步成为自动化控制领域的主导产品之一。高速、高精度以及具有良好可靠性始终是运动控制技术追求的目标。 伺服控制系统是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。本设计采用ST公司的ARM芯片STM32F10XX系列控制器作为主控芯片：STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。本设计实现运动控制技术对高速、高精度的追求目标，设计并实现以微处理器为核心的控制器，改变了传统单片机运算能力和控制功能不足的现状和弱点。可以对电机的转速位移进行智能化，精确化控制。关键词：ARM；伺服电机；正交编码；控制器，STM32.1 绪论 1.1 引言随着工业的发展，嵌入式技术应用日益广泛和成熟。ARM处理器因其具有高性能、低功耗、低成本等显著优点，已被广泛应用于工业控制、消费电子、汽车、网络等各类行业。ARM处理器的特点是：耗电少功能强、16位/32位双指令集和合作伙伴众多。1、体积小、低功耗、低成本、高性能；2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；3、大量使用寄存器，指令执行速度更快；4、大多数数据操作都在寄存器中完成；5、寻址方式灵活简单，执行效率高；6、指令长度固定。伺服控制系统最初用于船舶的自动驾驶、火炮控制和指挥仪中，后来逐渐推广到很多领域，特别是自动车床、天线位置控制、导弹和飞船的制导等。采用伺服系统主要是为了达到下面几个目的：①以小功率指令信号去控制大功率负载。火炮控制和船舵控制就是典型的例子。②在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距同步传动。③使输出机械位移精确地跟踪电信号，如记录和指示仪表等。1.2国内外发展状况1.2.1 嵌入式在的发展嵌入式系统作为“物联网”的核心，是当前最热门最有前景的IT应用领域之一。嵌入式技术已经无处不在，从随身携带的mp3、语言复读机、手机、PDA到家庭之中的智能电视、智能冰箱、机顶盒，再到工业生存、娱乐中的机器人，无不采用嵌入式技术。各大跨国公司及国内家电巨头如INTEL、TI、SONY、三星、TCL、联想和康佳等都面临着嵌入式人才严重短缺的挑战。嵌入式微机工业控制技术是20世纪以来在计算机应用实践中产生和发展起来的非常经济实用的一种自动化技术,它集电气、机械、计算机、通信等技术于一体,具有速度快、工作方式灵活、可靠性高、信息处能力强等特点,在工业领域中已得到广泛的应用。目前国内工业控制中用的嵌入式工控设备的趋势是用16位或32位微处理器替代。 本设计采用嵌入式微处理器ARM,将控制板、电源和被控制设备集成于一体,形成嵌入式一体化工业控制机。虽然利用ARM只控制电机略显奢华,但是对于多信息的受对象而言,ARM的优点将凸现无疑。 随着中国经济的迅速崛起和人民生活水平的普遍提高，中国已经成为全球最大的半导体消费市场，中国电子产品企业的营业收入也在逐年上升。但是我们也注意到，中国电子产业的利润率却并没有随之增长。这其中的一个主要原因是缺乏创新。但是，缺乏创新并不意味着没有创新。重邮信科研制成功的全球第一颗采用0.13微米工艺的TD-SCDMA手机核心芯片，大唐微电子的COMIP芯片平台，杰得微电子的中国第一颗0.13微米多媒体应用处理器Z228，海思半导体的WCDMA基带芯片和IPTV及DTV 多媒体芯片， 国微技术的PCMIA CAM芯片，这些都是非常优秀的创新。很多朋友都看到过我最近使用的一部超薄(11l2mm)手机(TCL V9)，它的多媒体处理器芯片C625是由上海复旦微电子和智多微电子联合设计的并且在中芯国际0.18微米工艺制造，它的操作系统和应用程序是由一家深圳公司编写的。正是这样一部完全由“中国设计”并且“中国制造”的手机，具有卡拉OK、MP3、MPEG4、摄像、USB等多种功能。这样一个三四年前中国半导体企业可能连想都不敢想的成就，现在已经成为了现实，这正是一个非常了不起的创新!这些成功的案例显示了中国企业创新的能力和决心，相信随着时间的推移，我们会听到越来越多类似的消息，中国电子行业也将由此而实现真正的腾飞。 1.2.2 伺服电机控制技术发展概况现代电机控制理论发展使机床数控伺服系统实现交流化、数字化、智能化机床数控系统中，常用的伺服电机和控制系统有: (1) 开环控制系统 采用步进电机作为驱