三维运动平台控制系统的硬件设计【文献综述】

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基于STM32的三维运动控制系统设计★

3收稿日期:2020-05-10*科研项目:四川现代职业学院科研项目(基于STM32单片机的三维运动控制系统研制与开发)(编号:K18-ZD1-007)作者简介:熊方(1981—),女,四川资阳人,硕士,副教授,研究方向:电子电路、自动控制。

0 引言运动控制器广泛应用于智能机器人、全自动焊接机、点胶机、电缆生产牵引系统等自动化设备中。

运动控制正朝着高速度、高精度、开放式的方向发展,国内外各大公司生产的运动控制器大多为通用型产品,普遍存在以下不足:功能强大、价格昂贵,在实际使用中往往只用到少数功能;封闭式的结构很难进行二次开发,灵活性较差[1]。

本文将介绍一种基于STM32的三维运动系统设计并进行实验验证,该设计简洁、运行稳定、易操作、便于二次开发。

1 三维运动系统机械结构设计三维运动系统的机械结构,包括三维平台、X/Y/Z三轴上的坐标尺、旋转滑台螺杆、驱动螺杆旋转的步进电机MX/MY/MZ、安装在Z轴上的控制对象,如图1所示。

X轴滑台可以左右移动,Y轴滑台可以前后移动,Z轴滑台可以上下移动。

2 三维运动系统控制总方案三维运动控制系统中,上位机发出命令,通过串口发送给控制器STM32,STM32根据命令控制步进电机动作,如图2所示。

MY电机控制水平面平台板沿Y轴运动,将MZ电机固定在X轴电机的位移片上,从而实现X、Y、Z三个方向的位移。

Z轴的位移可以实现控制对象的起落。

3 硬件电路设计3.1 步进电机驱动模块电路设计系统采用TB6600驱动模块,它是一款专业的两相步进电机驱动,可实现正反转控制[2]。

通过S1、S2、S3三位拨码开关选择8档细分控制,S4、S5、S6选择8档电流控制。

比如:设定细分系数为4,电流控制2.0A。

查看细分/电流选择表,将S1、S2、S3分别设置为ON、OFF、OFF,S4、S5、S6分别设置为ON、OFF、OFF。

驱动模块推荐使用24V/3A开关电源供电。

驱动模块与控制器STM32之间共阴连接方法如图3所示。

三维运动模拟平台总体设计

三维运动模拟平台总体设计为实现对某型光电跟踪器的动态跟踪性能的测试，设计了一种可以实现方位、俯仰和垂直直线运动的模拟运动平台，角位置精度达到15″，线位置精度达到0.01mm。

标签：运动模拟；结构设计；机构设计1 引言动态角跟踪精度检测装置由被试系统、多波段点源目标发生器系统（以下简称“目标发生器”）、运动模拟平台及总控制系统四个部分组成，图1为动态角跟踪精度检测装置系统组成原理框图。

其中的运动模拟平台可以完成方位、俯仰和垂直直线运动。

2 目标运动平台目标运动平台包含圆弧导轨副（含驱动传动机构）、目标固定支撑台面（俯仰U型框）、俯仰/升降二维运动机构、平台三维（俯仰、升降及滑动）伺服驱动系统、平台运动控制系统等5部分组成，图2为运动平台组成框图。

导轨为目标平台的方位运动轨迹，围绕着圆弧导轨的圆心转动，形成方位视线角速度变化；目标固定支撑台面负载目标发生器在进行沿圆弧导轨水平运动的同时，通过俯仰和高低二维运动机构带动目标发生器进行自身的位置运动，形成复合俯仰方位视线角速度变化，进而模拟目标在空域范围内的位置信息，以便对被测系统进行测试及仿真。

2.1 运动平台功能平台本身具备三个运动自由度，目标发生器安放于运动平台的俯仰框上，平台依据操作者规划的运动路径，带动目标模拟系统形成相对被测试系统的方位、俯仰两个自由运动并保证目标光轴实时指向被测系统成像面中心，模拟真实环境下目标的运动特性，以便被测系统进行跟踪，分述如下。

2.1.1 模拟目标的方位运动整套设备在以GDX塔的转轴中心为圆心的圆弧导轨上运动，实现方位角度变化的模拟，由于被测系统及圆弧导轨都以GDX塔的转轴中心为圆心，可以实现旋转中心重合，所以可以保证目标在导轨上运动时，被测系统光轴可以始终跟随着目标发生器的光轴，且在某一视场可观测到多波段点源目标；2.1.2 模拟目标的俯仰运动升降机构为沿圆弧导轨运动的一套直线升降机构，带动目标发生器升降，与俯仰运动机构产生相应的俯仰视线角角度变化，以便测试时被被测系统对目标进行搜索或跟随。

三维运动平台控制系统的硬件设计【文献综述】

毕业设计开题报告电气工程及其自动化三维运动平台控制系统的硬件设计1前言部分三维运动平台控制系统是一套对空间X轴、Y轴、Z轴集中式智能化操作的控制系统。

目前市场的运动平台控制系统在性能指标和价格定位方面基本是面向中、高端用户，无法满足低端用户的需用。

因此研发一种面向于简单控制、低成本的三维驱动数控系统具有广泛的应用前景。

该系统作为现有加工方式的升级换代手段，替代传统手工操作，从而提高产品的加工精度和速度、保证生产的一致性和稳定性、降低运行成本。

本论文讨论的是三维运动平台控制系统的硬件设计。

三维运动平台是现代运动控制技术的基础实验设备，它在机械加工、工程测试、医疗等各种生产行业中都有极广泛的应用。

运动控制(Motion Control)是由电力拖动发展而来的，电力拖动或电气传动是对以电动机为对象的控制系统的通称。

随着电力屯子技术、微电子技术的迅猛发展，原有的电气传动控制的概念已经不能充分地概括现代自动化系统中承担第一线任务的全部控制设备。

因此，二十世纪八十年代后期，国际上开始出现运动控制系统(Motion Control System)这一术语。

一个运动控制系统的基本架构组成包括：一个运动控制器用以生成轨迹点（期望输出）和闭合位置的反馈环。

许多控制器也可以在内部闭合一个速度环。

一个驱动或放大器用以将来自运动控制器的控制信号（通常是速度或扭矩信号）转换为更高功率的电流或电压信号。

更为先进的智能化驱动可以自身闭合位置环和速度环，以获得更精确的控制。

一个执行器如液压泵、气缸、线性执行机或电机用以输出运动。

一个反馈传感器如光电编码器，旋转变压器或霍尔效应设备等用以反馈执行器的位置到位置控制器，以实现和位置控制环的闭合。

众多机械部件用以将执行器的运动形式转换为期望的运动形式，它包括齿轮箱、轴、滚珠丝杠、齿形带、联轴器以及线性和旋转轴承。

通常，一个运动控制系统的功能包括：速度控制点位控制（点到点）。

有很多方法可以计算出一个运动轨迹，它们通常基于一个运动的速度曲线如三角速度曲线，梯形速度曲线或者S型速度曲线。

基于单片机的三维电控位移平台控制系统设计

资源，因此系统要在只有一个定时器和较少端口可
用的情况下，成对三维电控平台的控制。完
ｃｎｔｏｌｓｓｅｔｔｕｅｙａＡＴ８９２。ｔｌｏｒｙｔｍｈａｓｄｂＣ５ｗｉｈｏｎｙａｆｗｆｏｎ—ｃｐｒｓｕｒｅ，ｐｅｏｒｌｐｏｉｉｎｅｏｈｉｅｏｃｓｓｅｄｃｎｔｏ，ｓｔｏｌｍｉｉｇｐｏｔｃｉｎ，ｔ．，ｏｈｒｅｓｅｏｏｒｒｉｔｎｒｅｔｏｅｃｆｒｔｅｔｐｍｔｓｗｅｅａｈｅｅＳｅｉｌｖｒｉｓｅｄｃｔｏｎｐｒｌｅｃｉｖｄ．ｒａａｙｎｇｐｅｏｎｒｌａｄａａｌｌ
维普资讯
基于单片机的三维电控位移平台控制系统设计
李伟，闫卫平，鹤楠李（大连理工大学电子与信息工程学院，宁大连１６２）辽１０３
Ｄｅｉｆ３— ＤｉｎｓｏａｅｔｉｏｉｇＳａｅＣｏｒｌＳｙｔｍｓｄｏｉｒｃｎｔｏｌｒｓｇｎｏ — ｍｅｉｎｌＥｌｃｒｃＭｖｎｔｇｎｔｏｓｅＢａｅｎＭｃｏｏｒｌｅ
０引言
电动位移台（简称电移台）是依靠步进电机驱动
的一种执行装置，通过丝杠将步进电机的角位移它转换成平台的线性移动，台线性移动的距离和步平进电机的角位移量成正比。因此，电移台的控制对归根结底是对步进电机的控制［。在此采用３个１］

基于T-CPU和S120的三维运动控制系统

基于T-CPU和S120的三维运动控制系统汤海梅【摘要】Motion control system is widely applied in industrial automation system. It requires very high precision in positioning system. Motion control system not only implements quick positioning,but also reaches highly precision requirement. Motion control system elevates industrial automation to another level,and realizes the diversity and complexity of drive control functions. The production will be more flexible,the product quality will be improved,and the cost of equipments will be decreased. How to apply Siemens T-CPU and S120 drive control system and touch screen to execute precision positioning control to serve motor were introduced ,and drawing writing operation was completed.%运动控制系统在工业自动化中的使用越来越广泛,在定位上有着非常高的精度要求,能够实现快速定位的同时还能够达到相对较高的精度要求.只有这样才能使工业自动化提升到另一个层次,实现驱动控制功能的多样化和复杂性,使生产更灵活,并能提高产品质量和降低设备成本.采用西门子T-CPU,S120伺服驱动器和触摸屏对伺服电机进行精确定位控制,完成图形的绘画和字的书写.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2017(047)009【总页数】7页(P53-58,80)【关键词】技术型CPU;S120驱动控制器;触摸屏【作者】汤海梅【作者单位】天津中德应用技术大学智能制造学院,天津 300350【正文语种】中文【中图分类】TP271Abstract:Motion control system is widely applied in industrial automation system.It requires very high precision in positioning system.Motion control system not only implements quick positioning，but also reaches highly precision requirement.Motion control system elevates industrial automation to another level，and realizes the diversity and complexity of drive control functions.The production will be more flexible，the product quality will be improved，and the cost of equipments will be decreased.How to apply Siemens T-CPU and S120 drive control systemand touch screen to execute precision positioning control to serve motor were introduced，and drawing writing operation was completed.Key words:technology CPU；S120 drive control system；touch screen运动控制起源于早期的伺服控制，简单地说，运动控制就是对机械运动部件的位置、速度、力或者转矩进行实时的控制，使其按照预期的轨迹和规定的运动参数完成相应的动作。

运动平台控制系统设计

运动平台控制系统的设计总计毕业设计 29 页表格 3 个插图19 幅摘要在信息技术迅猛发展的今天,仍然改变不了机械制造业在国民经济的基础地位。

而作为机械中核心部分的控制系统，更是整个装置的灵魂。

而运动平台作为机械装置里的基本简易设备，更是一些数控加工装置上的基本部件，在科学研究领域里，也将其视为一种理想模型。

为了设计一个平台控制系统，文章中介绍了运动平台的当前现状、发展趋势以与它的组成部分，重点论述了控制电路的接线以与功能软件设计。

控制电路的正确连接，直接影响到机械与计算机的正常通讯，在控制电路中，伺服系统便是整个运动控制系统的基础。

关键词：制造业控制系统平台接线伺服系统't a , . a , a .a , , . , , . : ; ; ; ;目录摘要................................................... 错误!未指定书签。

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第一章绪论............................................... 错误!未指定书签。

1.1运动控制发展现状..................................... 错误!未指定书签。

1.2 发展趋势............................................ 错误!未指定书签。

第二章运动平台控制概述..................................... 错误!未指定书签。

2.1 运动平台控制系统.................................... 错误!未指定书签。

2.2 系列运动控制器介绍.................................. 错误!未指定书签。

三维电动平台车自动控制系统

三维电动平台车自动控制系统【摘要】本文基于一种三维电动平台车系统，对该系统的自动化控制的实现，进行设计、软硬件配置及系统功能方面的详细阐述。

【关键词】PLC；自动定位；分段控制；CANOpen0.前言在火法冶金工艺中，铝热还原法是最常用的一种自蔓延反应，其反应的特点是速度快，热量高，且不需要外部施加额外的能源，但同时也对如何提高安全性提出了新的课题。

目前国际上比较常用的方法是通过破开熔融金属液上表面渣层的方式，将热量适度释放，以降低反应风险。

为了提高产能，并最大限度的保障人身与设备安全，在实际的工业生产过程中，需要将承载刚反应完的熔融金属液的坩埚及时运输到破渣室进行破渣，并马上准备下一个空坩埚进行下一个反应。

基于产能与安全的考虑，我们针对铝热还原法在实际工业生产中的工艺要求，设计并制作了具备自动定位功能的轨道式三维电动平台车。

该平台车由0.4KV供配电系统、顶升平台系统、东西向大车运行系统以及南北向小车运行系统组成，同时配有人机界面，分权限等级对系统参数进行设置。

轨道式电动车具有运行速度快且稳定、可靠性高、成本低等特点，在现代自动化物流系统领域中得到了越来越广泛的应用，该系统既可作为立体仓库的周边设备，也可作为独立系统[1]。

该系统运行机构定位误差小于5mm，完全满足现场工艺定位的要求。

1.设备构成1.1系统概要该电动平台车系统由38个工位组成，包括5个热反应室，3个破渣室，20个冷却工位和10个坩埚暂存工位，轨道上的平台车根据预设自动运行，并将需要的坩埚进行运输，如图1.1所示。

三维电动平台车的一次工作周期由从坩埚暂存区取空坩埚开始，经过运送坩埚加料反应、运送反应后的坩埚进行破渣、运送破渣后的坩埚进行冷却，最后将冷却后的坩埚运送回坩埚暂存区等待渣块分离，每一步骤完成后均需要进行三方向的位置定位与确认，以确保工序的准确和生产的安全。

该电动平台车主要由整车供电系统、整车电气控制系统、大车运行系统、小车运行系统、小车升降系统以及小车拖缆系统组成。

机器人控制系统设计(毕业设计)文献综述【范本模板】

(2）控制系统的硬件结构
通过小组初步讨论决定控制计算机使用研华的主机，运动控制卡选用ADT(深圳众为兴）,电机选用伺服电机.
（3）控制系统的软件部分
主要采用VC进行编程，构建一个控制系统平台，在程序中给定坐标后，实现机械手从一点移动到另一点进行上下料的搬运工作。

之所以使用VC，一方面，ADT 的运动控制卡支持VC进行编程，另一方面,使用VC进行编程比较灵活,易于改进和变化。

(4)电路图部分
根据所选的硬件设备,使用Protel进行绘制.
三、作者已进行的准备及资料收集情况
在设计之前，翻阅了多篇关于机器人方面的书籍.对于控制系统的发展及其在机器人上的应用都有了相关的了解，这为建立机器人控制系统的模型做了一些前期准备工作.在此期间，还自学Protel和Solidworks等软件，为控制系统的电路设计和程序设计做好了准备。

还借了《单片机基础》、《48小时精通Solidworks2014》、《工业机器人》等书籍便于今后设计过程翻阅参考。

四、阶段性计划及预期研究成果
1.阶段性计划
第1周：阅读相关文献（中文≥10篇,英文≥1篇），提交文献目录及摘要。

第2周:翻译有关中英文文献，完成文献综述、外文翻译,提交外文翻译、文献综述.
第3~6周：控制系统总体设计，提交设计结果.
第7~11周：硬件元器件的选型、I/O口接线图，提交设计结果
第，12～14周：软件编程,装配图。

第15周：工程图绘制，工程图。

第16周撰写毕业设计说明书，提交论文，准备答辩。

ICP炬管三维移动平台及控制系统设计

动，实现水平面１５０ｍｍ×５０ｍｍ的移动行程，Ｚ方 Nhomakorabea０引言
为使ＩＣＰ分析结果具有高的灵敏度和精确度，
等离子体炬管需准确移动至工作位置，为此需要一种能够实现其三维空间精确移动的装置。该装置需有足够的承载能力、运动平稳性和移动精度；同时需
ＰｅｔｔｙＯｆｆｉｃｅｒＳｃｈｏｏｌ，Ｗｕｈａｎ４３００７５，Ｃｈｉｎａ）
摘要：介绍了ＩＣＰ炬管三维移动平台的研究意
义，对移动平台的机械结构和控制系统进行了设计。
ＣＨＥＮＱｉ，ＬＩＡＮＬｅｉ —ｌｅｉ，ＬＩＵＬｉ —ｊｕａｎ，ＬＩＴａｏ
（１．ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ；２．ＷｕｈａｎＯｒｄｎａｎｃｅ
文章编号：１００１ —２２５７（２０１３）０３ —００３２ —０３
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉ —
ｃａｎｃｅｏｆｔｈｅＩＣＰｔｏｒｃｈ３Ｄｍｏｂｉｌｅｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｄｅ — ｓｉｇｎｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ

运用PLC和SQ对系统三维运动的自动控制研究

运用PLC和SQ对系统三维运动的自动控制研究乔东凯;杨向宇;赵世伟【摘要】According to lots of 3 - D motion control used in industrial productive process, such movement is summed up in this study, establish a system of universal control goal, manual or automatic control of the system is based on PLC, the system can three - dimensional mixed movements or one - dimensional movement, the method of 3 -D motion control based on PLC and SQ is suitable for all the 3-D motion. In the specific application, this method can be used based on changing the location of the SQ. Good results are achieved when the design was used in test and 3-D control of three - dimensional movement mixer.%针对工业过程控制中存在很多三维运动控制的现象,对该类系统的运动特性做归纳总结.建立此类运动的通用控制目标,运用PLC技术对系统进行手动或自动控制方式下的三维混合运动或者单维运动,该控制方法采用限位开关对系统的运动轨迹进行限位,它适合于所有的三维运动.在具体应用中,只要通过实时改变行程开关的位置就可以达到运动控制的目的.通过试验和应用在三维运动混合机的运动控制中,取得了良好的控制效果.【期刊名称】《机械与电子》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】4页(P33-36)【关键词】可编程控制器;限位开关;自动控制;三维运动【作者】乔东凯;杨向宇;赵世伟【作者单位】华南理工大学电力学院,广东广州510641;广东石油化工学院机电工程学院,广东茂名525000;华南理工大学电力学院,广东广州510641;华南理工大学电力学院,广东广州510641【正文语种】中文【中图分类】TP271.30 引言在工业控制系统中，存在很多的三维运动［1］，如：工厂车间里的桁车起吊工件，金属切削机床系统中的刀具的运动，牛头刨床工作台的运动，污水处理厂的移动罩桁车的运动，三维运动混合机的运动等［2-4］，通常这些设备的运动都是手工操作，生产力水平低下，工人的工作负荷大。

三维运动平台控制系统的运动轨迹算法的设计与实现【开题报告】

毕业设计开题报告电气工程及其自动化三维运动平台控制系统的运动轨迹算法的设计与实现一、选题的背景、意义随着高速加工技术的发展，对作为高速装备技术核心的运动控制也提出了更高的要求。

为实现高速高精控制，要求控制系统具有运动控制指令高速生成以及高速传输能力。

为此，国外FANUC、西门子等CNC采用高速RISC处理器及多处理器结构，以极小插补周期和极小步长进行运动计算，实现轨迹的高速精密控制。

机床加工中，轨迹规划主要是对机床的速度进行规划。

对于连续切削的数控机床，进给速度的控制意义重大。

它不仅直接影响加工零件的粗糙度和精度，而且与刀具和机床的寿命、生产效率密切相关。

对于一个运动控制系统，除了能够实现被控运动对象的精确定位之外，还必须实现控制被控运动对象以给定的速度沿着指定的路径运动，这就是轮廓控制。

对于轮廓控制系统来说，最重要的功能是插补。

插补技术是数控技术中的核心技术，它的好坏直接影响着数控加工技术的优劣，是目前数控急需提高和完善的环节之一。

插补功能是机床数控系统中最重要的功能，如果没有插补，数控机床也就加工不出工件的轮廓形状来。

所谓插补，就是数控装置依据编程时的有限数据，按照一定方法产生直线、圆弧等基本线型，并以此为基础完成所需要轮廓轨迹的拟合工作。

数控系统中能完成“插补”功能的装置叫插补器。

普通数控(硬件数控NC)系统中插补器由数字电路组成，称为硬件插补，而在计算机数控(CNC)系统中，插补器功能由软件来实现，称为软件插补。

插补的任务是根据进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间计算出若干个中间点的坐标值。

由于每个中间点计算所需的时间直接影响系统的控制速度，而插补中间点坐标值的计算精度又影响到C冲C系统的控制精度，所以插补算法是整个CNC系统控制的核心。

二、相关研究的最新成果及动态三维运动平台控制系统的运动轨迹算法的核心是能够实现被控运动对象的精确定位和实现控制被控运动对象以给定的速度沿着指定的路径运动。

三维雕刻机控制系统设计

三维雕刻机控制系统设计三维雕刻机是一种高精度的三维加工设备，广泛应用于雕刻、模型制作、工艺品制作等领域。

其中，控制系统是三维雕刻机的核心组成部分，具有至关重要的作用。

下面我们将从硬件设计、软件设计和人机交互设计等方面进行系统详细介绍。

一、硬件设计1.电源模块：为了保证三维雕刻机的正常运行，需要设计一个稳定的电源模块，提供适当的电压和电流给各个电气元件。

2.电机驱动模块：三维雕刻机通常包含多个电机，如步进电机、伺服电机等。

需要设计合适的电机驱动模块，根据需要提供适当的电流和控制信号，以保证电机能够按照预定的路径和速度进行运动。

3.传感器模块：为了实现精确的三维雕刻，需要配置各种传感器，如位置传感器、温度传感器、压力传感器等，以便实时监测工艺品位置以及环境参数。

4.控制模块：设计一种高性能、稳定可靠的控制模块，能够实时接收和处理来自传感器的数据，并根据预定算法生成相应的控制信号，实现三维雕刻机的高精度控制。

二、软件设计1.运动控制算法：设计合适的运动控制算法，能够根据用户输入的三维模型数据生成相应的运动轨迹，并将其转化为实际的控制信号，驱动电机进行准确的三维运动。

2.路径规划算法：设计一种适用于三维雕刻机的路径规划算法，根据用户设定的雕刻路径和要求，自动规划合适的运动轨迹，以提高雕刻的效率和精度。

3.操作界面设计：设计一个简洁明了、易于操作的人机交互界面，使用户能够方便地输入雕刻参数、控制雕刻机的运动，并实时监测雕刻机的工作状态。

三、人机交互设计1.显示屏和按键：设计一个易于操作的显示屏和按键组合，用来显示和设置雕刻机的参数、状态和工作模式。

2.警报系统：设计一个智能警报系统，能够及时发出警报信号，提醒用户出现异常情况，如电压过高、电流过载等，以保证雕刻机的安全运行。

3.远程控制功能：提供一个远程控制接口，以便用户可以通过计算机或手机等远程设备来控制和监测三维雕刻机的运行状态，方便远程操作。

总之，一个高性能的三维雕刻机控制系统需要经过综合考虑和精心设计，包括硬件设计、软件设计和人机交互设计等方面。

基于stm32三维移动平台控制器设计

Design of Controller for 3D Mobile Platform Based on STM32
Yao Qinghua，Wang Jianing (Changchun University of Technology, Changchun Jilin,130012)
Abstract:In this paper, a three-dimensional mobile platform controller is designed for LIBS test using STM32F103RET6. The power control circuit and motor drive circuit are designed. According to the experimental requirements, stepper motors suitable for the experiment are selected, and can be controlled by the upper computer platform. This design can avoid duplicating the test points in the process of experiment and cause inaccurate test data. In the process of detection, it can realize the movement according to the needs, which has important practical significance. Keywords: STM32; 3D mobile platform; stepping motor; stationary control

三维牵引床控制系统硬件的设计

三维牵引床控制系统硬件的设计
仲为武;齐德明;孙博
【期刊名称】《仪器仪表用户》
【年(卷),期】2006(013)005
【摘要】以P89C51RD2单片机作为控制系统的核心对三维牵引床控制系统的硬件进行了设计.为了实现人机交互,以PC机作为上位机建立人机界面,上位机与单片机进行串口通信.单片机输出控制量以控制步进电机的速度.为了提高位置精度.采用导电塑料电位计对三个位移量进行检测,经A/D转换后送单片机进行闭环位置控制.【总页数】3页(P94-96)
【作者】仲为武;齐德明;孙博
【作者单位】山东万杰医学高等专科学校,医学影像系,淄博,255213;山东万杰医学高等专科学校,医学影像系,淄博,255213;山东万杰医学高等专科学校,医学影像系,淄博,255213
【正文语种】中文
【中图分类】TP273+.5
【相关文献】
1.基于PLC的牵引床控制系统设计 [J], 车玲;路桂明
2.液压型医用牵引床控制系统的设计 [J], 赵亚丽;李金霞;张立强
3.基于DSP的三维测姿系统硬件设计和算法实现 [J], 王永胜;钟宜生
4.医用牵引床液压控制系统设计 [J], 陈爱华;吴博;林定龙
5.医用三维牵引床控制系统通信软件的设计和人机界面的开发 [J], 仲为武
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三维运动平台的直流伺服控制系统设计

三维运动平台的直流伺服控制系统设计徐敏;周承仙;赵吉增【摘要】以TMS320F2812为核心处理器组建多路直流数字PID伺服控制系统,并利用VS2010编写基于串口的上位机控制界面与DSP TMS320F2812的增强串口模块进行通讯,实现对下位机的灵活控制；同时,将系统运行过程中的位置、速度等数据即时回传并以实时曲线的方式进行显示,以利于PID参数的整定.系统应用于XYZ三维空间运动平台,实验结果表明,系统具有高速高精度的控制能力以及良好的稳定性.【期刊名称】《厦门理工学院学报》【年(卷),期】2013(021)001【总页数】5页(P50-54)【关键词】DSP TMS320F2812;增强串口;PID;伺服控制【作者】徐敏;周承仙;赵吉增【作者单位】江西理工大学电气工程与自动化学院,江西赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TP273.5;TH164随着高性能微处理器的发展，使用数字信号处理器的伺服控制系统越来越普遍，研究高速高精度、高可靠性的嵌入式微处理器的全数字伺服控制系统，已成为当代伺服控制系统发展的趋势［1－3］．TMS320F2812［3］系列DSP功耗低、速度快(150 MHz)、外设资源丰富，是用于伺服控制的高性能、多功能的32位定点芯片．本文以TMS320F2812为核心处理器组建多路直流数字PID伺服控制系统，利用芯片的增强串口模块与上位机实时通讯，接收控制指令与发送相关数据同时进行，并利用CPLD对DSP进行接口扩展实现多通道信号的采集与输出．1 直流伺服控制系统的硬件设计直流伺服控制系统使用TMS320F2812芯片作为主控，该芯片是TI公司针对电机控制推出的高性价比处理器，集微控制器与DSP的特点于一身，拥有强大的控制和信号处理能力，主要进行指令目标位置的实时计算、位置伺服PID控制、限位信号等开关量的输入输出、与上位机通讯、程序和数据存储．借助CPLD(EPM1270)进行接口扩展，包括多路正交信号处理，多路DA输出等［4］．但考虑运动平台的过载能力及允许速度极限，决定摒弃DA转换，直接将芯片内部事件管理器EVA的两个比较单元［5］的信号输出、分路、放大后作为三维运动平台的信号输入．运动平台的控制驱动部件主要包括:1)伺服驱动器 (泰科智能IDM640－8EIA伺服驱动器)，作为信号放大器件，通过调节DSP比较单元的相对占空比得到模拟电压差驱动直流伺服电机运转．2)直流伺服电机 (MAXON353295)，具有高稳定性、大转矩、带宽高等优点．电机末端通过塑胶缓存垫与丝杠相连，将旋转量转换为位置量．3)增量式编码器 (HEDL－5610B13)，位于伺服电机尾端，用于检测电机转速、方向．作为伺服控制系统的关键，由增量编码器获得的反馈信号经过与之相匹配的差分信号接收器(AM26LS32AC)得到正交编码脉冲，再经过低通滤波减消信号干扰后由CPLD进行倍频、鉴相、计数，从而获得电机的位置、速率等信息并通过数据总线传递给DSP．进而由DSP将这些信息打包并通过带有16级接收、发送FIFO的串行通信接口 (SCI)发送至上位机．FIFO是一个缓冲寄存器，发送数据时，可以一次性连续写入多个字节数据 (最多16个)，DSP会自动将这些数据发送，无需CPU干预;接收数据时，经由设置SCIFFRX寄存器，可以实现接收若干个字节的数据后 (最多16个)触发中断，在中断中处理数据，减少了CPU进入中断的次数，提高了效率．由于限位开关输出电压信号为12 V，远高于DSP的可承受输入电压，采用电阻分压法即可得到稳定的开关量电平信号．直流伺服控制系统硬件结构框图如图1所示．图1 直流伺服控制系统硬件结构框图Fig.1 Control system hardware block2 直流伺服控制系统的软件设计为方便用户开发基于DSP的应用系统，TI公司提供了多种开发工具，选用其中的CCS3.3作为DSP的代码开发调试平台．在PC机上使用CCS编辑、编译和链接产生的可执行代码并下载到DSP的实时硬件上运行调试［6］．设计过程中，定时器T2，T3，T4的设定与T1相同，在定时中断中分别修改T2，T3，T4比较寄存器的值可即时更改PWM2的占空比从而与PWM1形成相对电压差，即相当于改变了伺服驱动器模拟量输入端的参考电平，进而驱动电机实现正反向转动．DSP2812内置一个16级深度的发送/接收FIFO以减少数据收发的延迟以及对CPU资源的占用，高效地实现串口数据收发．支持16级FIFO的SCI关键寄存器设置:在一般SCI初始化程序中添加对FIFO功能的使能设置SciaRegs.SCIFFTX.all=0xE068，SciaRegs.SCIFFRX.all=0x6068，设置接收中断条件(当接收FIFO缓冲寄存器有8个字节时触发接收中断)并在串口接收中断中添加相应的指令响应程序．基于增强串口的伺服控制流程如图2所示．图2 基于增强串口的伺服控制流程图Fig.2 Enhanced serial servo control flowchart系统上电后进行软硬件初始化，主程序用来计算编码器实时位置、方向并查询运动平台的限位信号．串口中断用于接收解码上位机发送的控制指令，更新相关参数，启动定时器T0．在T0定时器的1 ms中断里主要更新上位机发送的PID参数和目标位置信息并转算成对应的值赋给T2CMPR、T3CMPR、T4CMPR，通过各比较寄存器输出的PWM脉冲驱动伺服电机进行转动，同时计算电机的转速并将编码器位置、速度、转动方向、限位开关状态等通过SCI发送到上位机．上位机控制界面使用VS2010版MFC编写，通过在新建的对话框程序中添加mscomm串口通讯控件以实现与DSP的实时通信;添加TeeChart图表制作控件以实现上位机对接收数据的实时曲线显示;添加文本输入框、按钮等实现对程序运行的基础控制．在按钮控件中对控制指令进行封包并借助串口控件发送至下位机．同时在串口接收中断OnCommMscomm1()(指定接收11个字节后触发)里分离出编码器位置、速度数据并传与TeeChart控件作实时曲线．通过观察实时反馈曲线判断后续系统调试时的PID参数整定效果．3 直流伺服控制系统的组合调试使用数字PID算法［7］检验控制系统的整体性能．在数字计算机中，PID控制规律的实现必须用数值逼近的方法．当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差商代替微商，将PID算法离散化，使描述连续－时间PID算法的微分方程变为描述离散－时间PID算法的差分方程［8］．式 (1)中:u(k)为计算机输出的控制指令，本系统中输出为10 kHz的可调PWM脉宽;e(k)为当前单轴位置脉冲数;e(k－1)为上次单轴位置脉冲数;K P为比例放大系数;K I为积分放大系数;K D为微分放大系数．由式 (1)可以得到计算机(k－1)次控制量的PID输出表达式:由式 (1)与式 (2)可得控制量的输出增量:其中控制量的整定系数分别为:由式 (3)可以看出，在控制系统采用恒定采样周期下，只需确定PID整定系数A、B、C以及前后3次位置误差值即可确定系统输出．在上位机输入PID参数，通过串口发送至DSP并启动控制系统．其中DSP的误差采样周期为1 ms，串口发送周期为10 ms，波特率为115 200 bps．实验过程中伺服系统的控制界面在不同PID参数时的响应曲线如图3～4所示．图3为PID参数为(3，0，0)且目标位置设定为3 000脉冲时的实时整定结果，其中上方曲线为编码器时间－位置脉冲响应曲线，下方曲线为时间－速度脉冲响应曲线，从曲线可观察编码器的实时位置及速度信息．由图3中可见，随着时间的推移，曲线的上升过程较为平滑，稳定性较好，但刚性不足，可进一步对PID参数进行更改．图3 PID参数分别为3-0-0时的响应曲线Fig.3 Response curve when the PID parameters were 3-0-0图4为PID参数(3，0.2，4)时的整定曲线结果．通过对比两组参数可以发现第2组的响应时间明显加快，且超调量较小，验证了控制系统对三维平台的可控性．通过CPLD的接口扩展编码器信号捕获后组建3路伺服系统［9］，并利用空间直线插补算法及采样搜索算法对空间圆弧进行拟合，即可实现运动平台的三维空间轨迹规划，并实现特定的空间圆弧插补测试，实验结果证明，本直流伺服系统可控以及控制过程的准确，稳定和快速性．图4 PID参数分别为3-0.2-4时的响应曲线Fig.4 Response curve when the PID parameters were 3-0.2-44 结语以常用的DSP2812芯片设计伺服控制器，充分发挥其硬件优势以及前后台程序管理实时多任务资源分配和高效SCI通讯的特点，搭建直流伺服系统，并根据实际情况剔除DA转换过程，用可变PWM脉冲直接驱动伺服放大器，增强了系统的抗干扰能力．通过其增强串口实现与上位机的稳定快速通讯，实时监测系统运行状态，配合代码保密性较高的CPLD进行接口扩展，为进一步应用提供冗余．实验过程中利用数字PID算法进行测试，通过不同的PID参数观察时间－位置、时间－速度响应曲线，直观地表现单路伺服系统的控制性能．最后，组建了3通道的输入输出系统，实现了空间圆弧插补．实验结果表明，系统满足实时伺服控制的要求，取得了较好的实验效果，整个系统结构简单并预留扩展接口，满足一定场合的控制要求，具有较好的经济实用性．［参考文献］［1］ TAN K K，TANG K Z，DOU H F，et al．Development of an integrated and open － architecture precision motion control system ［J］．Control Engineering Practice，2002，10(7):757 －772．［2］ KIM M S，CHUNG S C．Integrated design of feed drive systems using discrete 2 －degree of freedom controllers(Ⅱ)［J］．Transactions of the KSME(A)，2004，7:1038 －1046．［3］荣盘祥，张亚慧，张欢欢，等．基于DSP的运动控制卡的研究与开发［J］．电机与控制学报，2011，15(3):35－39．［4］张雪华，万舟，吴建德．基于LabVIEW与DSP串口通信的数据采集系统设计［J］．云南大学学报:自然科学版，2009，31(S2):106－111．［5］史晓娟，李海芹．基于CPLD的四倍频鉴相计数电路在运动控制器中的应用［J］．制造技术与机床，2008(6):85－87．［6］苏奎峰，吕强．TMS320LF2812原理与开发［M］．北京:电子工业出版社，2005:122－345．［7］刘金琨．先进PID控制MATLAB仿真［M］．北京:电子工业出版社，2005:100－255．［8］高金源，夏洁．计算机控制系统［M］．北京:清华大学出版社，2007:156－165．［9］杨亚辉．多轴系统同步控制技术［D］．西安:西安电子科技大学机电工程学院，2007:1－67．。

三维运动控制系统的设计

三维运动控制系统的设计慕福顺;原星武;杨晓苞【期刊名称】《火控雷达技术》【年(卷),期】2015(000)001【摘要】介绍一种三维运动控制系统的实现。

该系统利用PMAC运动控制器和MINAS A系列电机驱动器实现了平台三维运动的独立精确定位控制和驱动，利用门架结构解决了平台运动过程中Z轴晃动的问题，采用步进式轴径修正方法解决了卷扬式拖动中卷绕盘直径变化带来的运动误差。

%Implementation of a 3D movement control system is introduced. The system can achieve separated and precise 3 D movement control and drive of platform by using PMAC movement controller and MINAS series A motor drivers. Shake in Z-axis during movement of platform is eliminated by using gate frame structure; and movement error due to diameter variation of winding drum during rolling dragging is removed by applying stepped winding drum diameter correction.【总页数】5页(P83-87)【作者】慕福顺;原星武;杨晓苞【作者单位】西安电子工程研究所西安 710100;西安电子工程研究所西安710100;西安电子工程研究所西安 710100【正文语种】中文【中图分类】TJ302【相关文献】1.基于T-CPU和S120的三维运动控制系统 [J], 汤海梅2.应用于三维打印的多轴运动控制系统上位机软件开发 [J], 袁东林;杨建飞;高宇3.应用于三维打印的运动控制系统设计 [J], 冒春艳;杨建飞;戴伟昊;刘建;郑梅4.基于STM32的三维运动控制系统设计 [J], 熊方;刘旭;罗茂元5.三维激光扫描测量机随动运动控制系统与图像采集系统的设计 [J], 赵灿;程俊廷;何风梅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。