基于ARM的伺服电机控制器设计

2009届毕业生

毕业论文

题目: 基于ARM的伺服电机控制器设计

院系名称：电气工程学院专业班级：自动0501 学生姓名：郭海亮学号：20054280103 指导教师：于心俊教师职称：高级实验师

2009年06 月10 日

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。

本文介绍了基于ARM伺服电机控制器的设计。该控制系统采用PHILIPS LPC2114芯片作为控制核心，经D/A转换控制伺服电机驱动器，从而控制伺服电机的转速。该系统通过硬件实现智能控制算法，同时完成任务的合理调度及实时控制。在该系统中设计一种实时性强的自适应在线插值模糊控制器，具有良好的稳定性、较好自适应性、高可靠性、快速性、高的跟踪精度。

本文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；D/A数据采集；控制器

目次

1 绪论 (1)

1.1 引言 (1)

1.2 国内外发展现状 (1)

2 相关技术简介 (13)

2.1 ARM原理简介 (13)

2.2 伺服电机的控制原理简介 (20)

3 系统设计 (24)

3.1 ARM微控制器PHILIPS LPC2114简介 (24)

3.2 系统总体设计 (26)

3.3 继电器驱动电路设计 (33)

3.4 系统软件设计 (33)

结论 (38)

致谢 (39)

参考文献 (40)

附录:系统硬件电路图 (42)

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。一些基于ARM7TDMI内核的微控制器都可支持DSP运算并能够达到较高的运算指标，节约成本并降低系统的复杂性，使其在变频系统中有着良好的发展前景。嵌入式系统是近年来逐渐发展起来的面向控制、监视的实时系统，它的特点是采用高速处理器，体积小，集成度高，运算速度快，存储器容量大，功耗低，支持多种网络接口。本文讨论了一种基于ARM微处理器的交流伺服电机控制器设计。

我们这儿的伺服电机选择交流伺服电机，交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。

1.2 国内外发展现状

1.2.1 嵌入式技术发展概况

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。

基于ARM的电机机控制器是一种集电动机保护、测量、控制和通信于一体的新型多功能智能化保护与测控电器。这种控制器将热继电器、漏电保护器、欠(过)压