一臺數(shù)控機床的先進程度衡量著一個國家制造業(yè)的先進水平,而數(shù)控機床最核心的部分就是數(shù)控機床控制系統(tǒng)。近年出現(xiàn)的ARM嵌入式系統(tǒng)具有硬件資源豐富、性能好、成本低和功耗低等優(yōu)點,FPGA技術(shù)具有可重復(fù)編程、在線升級、實時性好、可靠性高等優(yōu)點。為了克服傳統(tǒng)的數(shù)控機床成本高、控制精度低、實時性差、可靠性低等缺點,研究基于ARM+FPGA架構(gòu)的新型數(shù)控機床系統(tǒng),具有重要的社會經(jīng)濟意義和重大的經(jīng)濟價值。本文以數(shù)控機床為工程背景,以伺服電機PMSM為具體對象,以ARM+FPGA作為數(shù)控系統(tǒng)的實現(xiàn)平臺,從提高伺服系統(tǒng)位置環(huán)控制的自適應(yīng)能力,提高位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)等復(fù)雜運算的處理速度,提高系統(tǒng)管理與控制程序開發(fā)的簡單性、界面的美觀性等方面開展了深入的研究。其主要研究工作和結(jié)論如下:（1）在對比分析了幾種控制系統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)上,提出了一種基于ARM+FPGA的數(shù)控機床自適應(yīng)模糊控制伺服系統(tǒng)的設(shè)計方案。該系統(tǒng)采用以ARM作為系統(tǒng)主控與運動軌跡計算芯片,FPGA作為伺服系統(tǒng)運動控制芯片,而其中的FPGA運動控制系統(tǒng)包括自適應(yīng)位置控制模塊、速度控制模塊、電流變換模塊三大部分。（2）針對提出的ARM+FPGA的數(shù)控... 

【文章來源】：湖南工業(yè)大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外數(shù)控機床背景與發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 傳統(tǒng)PLC數(shù)控機床研究的背景與發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 嵌入式數(shù)控機床研究的背景與發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 ARM與FPGA聯(lián)合控制的技術(shù)概述
    1.4 研究意義
    1.5 論文的主要研究工作及其結(jié)構(gòu)
第二章 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計
    2.1 幾種運動控制方案比較
    2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案
        2.2.1 伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.2.2 PMSM自適應(yīng)模糊控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計
    2.3 本章小結(jié)
第三章 PMSM自適應(yīng)模糊控制器模型及仿真
    3.1 模糊PI控制概述
        3.1.1 模糊PI控制系統(tǒng)
        3.1.2 模糊算法的步驟
    3.2 自適應(yīng)模糊控制結(jié)構(gòu)
        3.2.1 模糊控制（FC）的步驟
        3.2.2 參考模塊RM
        3.2.3 參數(shù)調(diào)整裝置
        3.2.4 自適應(yīng)模糊控制仿真模塊
    3.3 矢量坐標變換
        3.3.1 坐標變換仿真模塊
    3.4 SVPWM模塊設(shè)計與實現(xiàn)
        3.4.1 電壓空間脈寬矢量（SVPWM）
    3.5 自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)仿真模型
        3.5.1 PMSM自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)仿真
        3.5.2 自適應(yīng)模糊控制器頻率響應(yīng)仿真分析
    3.6 本章小結(jié)
第四章 PMSM自適應(yīng)模糊控制器的FPGA實現(xiàn)
    4.1 FPGA設(shè)計流程
    4.2 自適應(yīng)模糊控制器模塊的設(shè)計與實現(xiàn)
        4.2.1 自適應(yīng)模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計
    4.3 坐標變換模塊的FPGA設(shè)計
        4.3.1 CLARK變換設(shè)計
        4.3.2 PARK變換設(shè)計
        4.3.3 PARK反變換設(shè)計
        4.3.4 坐標變換模塊整體圖
    4.4 轉(zhuǎn)子速度與位置檢測模塊的設(shè)計
        4.4.1 光電編碼器
        4.4.2 正交編碼器的解碼計數(shù)器
        4.4.3 SVPWM結(jié)構(gòu)圖及時序仿真
    4.5 伺服控制RTL圖
    4.6 本章小結(jié)
第五章 ARM微處理器管控系統(tǒng)設(shè)計
    5.1 控制系統(tǒng)QT界面設(shè)計
    5.2 ARM與FPGA接口設(shè)計
    5.3 加減速模塊的設(shè)計
        5.3.1 S形曲線加減速模塊
    5.4 插補模塊的設(shè)計
        5.4.1 數(shù)字積分法插補原理
        5.4.2 數(shù)字積分法直線插補
        5.4.3 數(shù)字積分法圓弧插補
        5.4.4 插補實驗結(jié)果分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 研究展望
參考文獻
攻讀碩士期間主要研究成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于ARM+DSP+FPGA模塊的機器人運動控制器設(shè)計[J]. 趙巖,李秀榮,臧勇.  機電信息. 2018(09)
[2]基于模糊PI控制器的PMSM矢量控制[J]. 張洪新,涂群章,蔣成明,潘明,黃皓.  裝備制造技術(shù). 2017(07)
[3]基于模糊自適應(yīng)的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)[J]. 王賢會,李寶營,馮荻.  大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2017(03)
[4]適用于連續(xù)加減速的永磁同步電機模糊增益自調(diào)整PI控制研究[J]. 胡勤豐,陳威振,邱攀峰,花熙文.  中國電機工程學(xué)報. 2017(03)
[5]智能數(shù)控機床及其技術(shù)體系框架[J]. 王勃,杜寶瑞,王碧玲.  航空制造技術(shù). 2016(09)
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[7]基于模糊自適應(yīng)PID高精度控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 陳云,劉新妹,郭棟梁,殷俊齡.  電機與控制應(yīng)用. 2016(02)
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博士論文
[1]變論域自適應(yīng)模糊控制的幾種新方法[D]. 郭海剛.大連理工大學(xué) 2013

碩士論文
[1]微型數(shù)控銑床及嵌入式數(shù)控系統(tǒng)研究[D]. 宋嚴科.山東理工大學(xué) 2017
[2]永磁同步電機控制系統(tǒng)參數(shù)自整定研究[D]. 彭峰.廣東工業(yè)大學(xué) 2016
[3]基于模糊PI控制的三相PWM變流器研究[D]. 趙煜華.浙江工業(yè)大學(xué) 2015
[4]基于FPGA的PMSM速度模糊PI自適應(yīng)控制[D]. 譚瓊瓊.湖南大學(xué) 2015
[5]SVPWM研究及其FPGA硬件實現(xiàn)[D]. 陳兮.武漢科技大學(xué) 2014
[6]基于ARM和FPGA的數(shù)控系統(tǒng)人機接口設(shè)計[D]. 林嘉洪.華南理工大學(xué) 2014
[7]基于ARM+FPGA的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計[D]. 劉建康.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[8]基于自適應(yīng)模糊控制的永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)研究[D]. 何國慶.華中科技大學(xué) 2013
[9]永磁同步電機模糊參數(shù)自整定控制系統(tǒng)研究[D]. 李龍.沈陽工業(yè)大學(xué) 2013
[10]基于ARM和FPGA的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的研究實現(xiàn)[D]. 趙偉.上海交通大學(xué) 2013



本文編號：3150954