毕业论文-电机伺服控制系统的研究与开发

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1、1.总体设计思想该系统是针对直流电动机开发设计的智能控制器。包括人机交互界面（键盘跟LCD益示器）、主MCU控制模块以及电机驱动三大部分。该系统的主要功能是实现电机的速度伺服控制。首先通过键盘输入标准速度，两个电机都将以此速度为标准进行调速，电机在运行过程中将一直保持此速度匀速前进，如果由于外界条件的变化使得电机速度发生变化，该控制系统将自动进行调速，直到达到标准速度为止。电机在运行过程中将运行状况实时显示在LCD上，直观清晰。整个系统采用的是闭环控制，对数据的处理也是采用实时计算的方法，能够适应各种不同的外界条件。电路采用高速微处理器实

2、现智能控制，内建PI运动控制数字模型，可控制电机的转速转向以及行驶距离，功能齐全，集成度高，体积小，工作稳定可靠，能为电机运动精密控制方面提供完整的解决方案。既可作为运动系统的智能驱动模块使用，也可单独对运动系统的各种运动功能进行精确的控制。根据对控制系统的某本要求，做出如图1的系统设计方案。键盘输入直流伺服电动机驱动模块>直流伺服电动机显示模块图1:系统结构图2.各模块方案选择与论证2.1MCU的选择方案一.采用FPGA（现场可编程门列阵）作为系统的控制器FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，

3、减少了体积，提高了稳定性，并且可应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展。FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。但是，FPGA的成本札I对较高，同时本系统用到各种延时程序，FPGA的编程难度较大，同时由于芯片的引脚教多，实现硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。方案二.采用DSP控制器TMS320LF247芯片作为DSP控制器24x一族TMS320LF24x系列的新成员，是TMS320C2000平台下的一种定点DSP芯片，几种先进的外设被集成到芯片内，形成了真正的单芯片控制

4、器，是一种低成本，低功耗，功能强大的电机运动数字化控制升级产品。其CPU芯核为16位，运算速度是30MIPS之间。6路脉宽调制PWM输山，可用于变频调速系统中对电机的控制。3路捕获单元CAP,可用于纪录脉冲的宽度，从而可以为ITT算法提供时间基准以及与转速测景用的光栅编码器接口，以测量电机转速。但是，DSP的成本较高，同吋由于芯片的引脚教多，配载芯片种类繁多，实现硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。而且编程较为负载，难度较大。方案三.采用ATMEL公司的AVR系列单片MCUAVR单片机废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机（C

5、ISC）追求指令完备；采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中（指令集中占大多数的单周期指令都是如此），取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，可高速执行指令。AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆（32个寄存器文件）和单体高速输入/输出的方案（即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑）。这样，既提高了指令执行速度，克服了瓶颈现象，增强了功能；乂减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本，同时内部RAM〉2kBit，R0M〉8KBit。故AVR单

6、片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。综上所述，考虑到性价比及编程易实现性，我们在MCU上选择AT90S8535单片机。2.2直流电动机驱动模块的选择对直流电机的驱动可以选择如下几种方式方案一.采用大功率场效应管组成的H型全桥式电路采用四个大功率场效应管组成H型全桥式电路,可控制电机的双向运动以及变速运动.该驱动电路是使用最广泛的一种电机驱动电路，成本小，可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。它的基本原理图如图1所示。全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态

7、，Sl、S2为一组，S3、S4为另一组，两组的状态互补，一组导通则另一组必须关断。当Sl、S2导通时，S3、S4关断，电机两端加正向电压，可以实现电机的正转或反转制动；当S3、S4导通时，SI、S2关断，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。方案二.采用SGS公司的集成芯片L298N采用SGS公司的集成芯片L298N。它是恒压恒流双11桥电机芯片，可同时控制两台直流电机，输出电流可达到2A。L298内部集成桥式电路，每一组PWM波用来控制一个电机的速度，另外有专用的方向口控制电机的正反转，一个芯片内包含有8个功率管，这样简化了电路的复杂

8、性，控制比较简单，电路也很简单，但采用该种驱动芯片驱动电流较小，不能驱动大功率的直流电机，而且该种驱动芯片散热量较大。方案三.采用NS公司的直流电机专用驱动芯片LMD18200TLMD1820