【摘要】：現(xiàn)今,國(guó)內(nèi)使用于風(fēng)力擺上的伺服控制器多為簡(jiǎn)單的PID控制且核心處理器大多為MCU。鑒于MCU的數(shù)據(jù)處理能力欠佳、數(shù)據(jù)運(yùn)算速度慢,靈活性不足等諸多局限,難以滿足風(fēng)力擺的功能要求和精確控制等因素,設(shè)計(jì)以32位浮點(diǎn)DSP-TMSF2812@150 MHz為核心的高精度風(fēng)力擺伺服控制系統(tǒng),包含三維陀螺儀加速度計(jì)傳感器集成模塊MPU-6050、LED顯示屏、人機(jī)交互系統(tǒng)及萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)等組成閉環(huán)控制系統(tǒng),采用陀螺儀經(jīng)姿態(tài)解算為控制系統(tǒng)提供神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID精確控制的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)和脈沖寬度調(diào)試技術(shù)控制大電流驅(qū)動(dòng)芯片BTN7971,精確控制直流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向、啟停等諸多工況,實(shí)現(xiàn)對(duì)激光筆位置的精確控制,具有僅以直流風(fēng)機(jī)為動(dòng)力控制下快速起擺、畫線、恢復(fù)靜止的功能,并能準(zhǔn)確畫圓,且受風(fēng)力影響后能夠快速恢復(fù)畫圓狀態(tài),具有很好的魯棒性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)力擺伺服控制系統(tǒng)具有控制精度高、靈活性好、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)。
【圖文】：

工業(yè)、航天飛行器、機(jī)器人行走控制中都有著很重要的研究意義，如行走過程中的平衡控制、人造衛(wèi)星在空中的姿態(tài)控制和飛行器發(fā)射中的垂直度控制等，具有很高的研究?jī)r(jià)值和使用意義［1－2］。1風(fēng)力擺伺服控制系統(tǒng)概述風(fēng)力擺伺服控制系統(tǒng)，它以DSP數(shù)字信號(hào)處理器TMS320-F2812作為核心，用陀螺儀、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、風(fēng)機(jī)及萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)等搭建伺服風(fēng)力擺控制系統(tǒng)，F(xiàn)2812處理器通過基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法的電機(jī)控制模塊精確控制4個(gè)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使風(fēng)力擺按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，同時(shí)讓激光筆在地面畫出所要求的運(yùn)動(dòng)軌跡(原理如圖1所示)，同時(shí)系統(tǒng)采用三維角度陀螺儀傳感器MPU-6050反饋模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控檢測(cè)風(fēng)力擺的姿態(tài)。圖1風(fēng)立擺原理示意圖設(shè)計(jì)的系統(tǒng)利用PWM脈沖寬度調(diào)控技術(shù)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊更好地去驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這樣可以十分有效地對(duì)4個(gè)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向以及加速度等進(jìn)行適合的調(diào)控，可以精確控制風(fēng)機(jī)的狀態(tài)，同時(shí)設(shè)計(jì)的這個(gè)風(fēng)力擺系統(tǒng)精確控制并實(shí)現(xiàn)了在直流電機(jī)提供動(dòng)力的情況下畫直線，進(jìn)行擺動(dòng)和靜止以及畫圓或橢圓，并能準(zhǔn)確畫出各種想要的圖形，同時(shí)希望它在受外力擾動(dòng)影響下，也可以實(shí)現(xiàn)自己想要的運(yùn)動(dòng)。風(fēng)力擺風(fēng)機(jī)控制是風(fēng)力擺整個(gè)系統(tǒng)中最重要的控制環(huán)節(jié)［3］，它以TI公司TMS320F2812DSP伺服控制器為核心，通過先進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法，由三維角速度陀螺儀加速度計(jì)模塊MPU-6050對(duì)風(fēng)力擺三維運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集、計(jì)算，得出相應(yīng)的輸出值，輸出到風(fēng)機(jī)控制回路參與風(fēng)力擺姿態(tài)控制。圖2為風(fēng)力擺伺服控制系統(tǒng)框圖。圖2風(fēng)力擺伺服控制系統(tǒng)原理圖2伺服控制系統(tǒng)關(guān)鍵硬件設(shè)計(jì)2.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)此系統(tǒng)以TMS320F2812為主控制芯片，片上集成豐富的片內(nèi)、外設(shè)資源。在設(shè)計(jì)時(shí)充分利用主控制芯片32位浮點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，主

飧齜緦?擺系統(tǒng)精確控制并實(shí)現(xiàn)了在直流電機(jī)提供動(dòng)力的情況下畫直線，進(jìn)行擺動(dòng)和靜止以及畫圓或橢圓，并能準(zhǔn)確畫出各種想要的圖形，同時(shí)希望它在受外力擾動(dòng)影響下，也可以實(shí)現(xiàn)自己想要的運(yùn)動(dòng)。風(fēng)力擺風(fēng)機(jī)控制是風(fēng)力擺整個(gè)系統(tǒng)中最重要的控制環(huán)節(jié)［3］，它以TI公司TMS320F2812DSP伺服控制器為核心，通過先進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法，由三維角速度陀螺儀加速度計(jì)模塊MPU-6050對(duì)風(fēng)力擺三維運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集、計(jì)算，得出相應(yīng)的輸出值，輸出到風(fēng)機(jī)控制回路參與風(fēng)力擺姿態(tài)控制。圖2為風(fēng)力擺伺服控制系統(tǒng)框圖。圖2風(fēng)力擺伺服控制系統(tǒng)原理圖2伺服控制系統(tǒng)關(guān)鍵硬件設(shè)計(jì)2.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)此系統(tǒng)以TMS320F2812為主控制芯片，片上集成豐富的片內(nèi)、外設(shè)資源。在設(shè)計(jì)時(shí)充分利用主控制芯片32位浮點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，主頻150MHz，，處理性能高達(dá)150MPIS。根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)際需要各部分所實(shí)現(xiàn)的功能，將控制系統(tǒng)大體分四大部分:主控制器部分、陀螺儀加速度計(jì)調(diào)理模塊、電源OLED模塊和鍵盤輸入報(bào)警模塊部分，控制器的總體硬件結(jié)構(gòu)見圖3。圖3DSP伺服控制器基本結(jié)構(gòu)框圖此系統(tǒng)通過鍵盤來(lái)進(jìn)行功能切換修改參數(shù)，通過接受MPU-6050傳回的姿態(tài)數(shù)據(jù)，閉環(huán)控制風(fēng)機(jī)的輸出，達(dá)到對(duì)風(fēng)力擺的控制，完成指定任務(wù)后報(bào)警模塊提示任務(wù)的結(jié)束。外部接有OLED顯示屏，以便用戶去讀取重要數(shù)據(jù)［4－5］。2.2電源調(diào)理部分設(shè)計(jì)由于主控制器DSP芯片需要DC1.8V內(nèi)核供電、DC3.3V的I/O外部電壓、DC3.3V內(nèi)部Flash電壓，同時(shí)外設(shè)調(diào)理電路所需的5V、±15V等供電電壓，加之控制系統(tǒng)承擔(dān)大量數(shù)據(jù)運(yùn)算［4］等，因此必須有良好的電源供電調(diào)理電路設(shè)計(jì)。綜合各項(xiàng)指標(biāo)，此系統(tǒng)選取TI公司芯片TPS767D318雙路穩(wěn)壓芯片，分別輸出可調(diào)至DC3.3V供I/O電源和可調(diào)至DC1.8V內(nèi)

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本文編號(hào)：2574450