本文關鍵詞：臺式機器人運動控制算法的研究與實現(xiàn)

  更多相關文章： 運動控制 DSP FPGA 插補算法 加減速算法 位置控制算法

【摘要】：隨著電子技術、自動化控制和計算機應用的發(fā)展,臺式機器人的運動控制不斷向著高精度、高速度、微型化、智能化和通用化方向發(fā)展。目前,以數(shù)字信號處理器(DSP)和現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)為核心的運動控制方案己成為運動控制方案的發(fā)展趨勢。它結(jié)合了DSP強大的數(shù)據(jù)計算能力和FPGA的邏輯運算能力,具有數(shù)據(jù)處理能力強、可擴展能力強、通用性好、運動控制性能強的特點。本文在分析對比基于不同硬件平臺、不同算法設計方案的臺式機器人運動控制系統(tǒng)的基礎上,確定了基于異構(gòu)多核的算法設計方案。針對異構(gòu)多核的結(jié)構(gòu)特點,分析并給出了臺式機器人運動控制算法任務的分配策略。重點研究了包括插補算法、位置控制算法和速度規(guī)劃算法在內(nèi)的臺式機器人運動控制核心算法以及在實現(xiàn)過程中的關鍵技術點。在插補算法方面,采用DSP+FPGA兩級插補,DSP實現(xiàn)軟件粗插補,FPGA實現(xiàn)硬件精插補,充分發(fā)揮軟硬件性能,提高插補效率；設計和實現(xiàn)了平面及空間的直線插補及圓弧插補；采用極坐標系、以步距角為進給量實現(xiàn)圓弧粗插補,簡化了圓弧插補的過象限處理。在位置控制算法方面,針對臺式機器人在高速度、短行程運動過程中產(chǎn)生的振動和強烈沖擊,會對系統(tǒng)造成較強干擾等因素。提出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡自抗擾控制對臺式機器人進行位置伺服控制,提高了位置控制的精度和動態(tài)響應特性,且具有較好的抗干擾能力。在速度規(guī)劃算法方面,針對常用的多項式T形、S形曲線加減速計算量較大,不適合于臺式機器人插補運動控制高速計算的要求。提出了基于數(shù)字卷積方式的加減速控制,其適合于高速計算的要求,可以避免預測減速點,極大的減少計算負擔提高了效率,能夠快速實現(xiàn)速度規(guī)劃,速度曲線平滑。在設計實現(xiàn)過程中,將精插補模塊、位置計數(shù)模塊、I/0信號處理、編碼反饋信號處理模塊和雙端口RAM等功能模塊以及基于數(shù)字卷積的梯形速度控制算法和S形速度控制算法使用單片F(xiàn)PGA來進行硬件實現(xiàn)。在DSPF28M35中采用C語言分別實現(xiàn)了基于時間分割的粗插補算法、速度數(shù)據(jù)的計算及位置控制算法。最后基于松下A5系列伺服電機驅(qū)動器和伺服電機進行試驗。驗證了本文設計算法的正確性。所設計的兩級插補算法的精度僅與精插補的精度有關；所設計的位置控制算法具有較強的抗干擾能力,運動過程中的位置誤差控制在1um以內(nèi)。
【關鍵詞】：運動控制 DSP FPGA 插補算法 加減速算法 位置控制算法
【學位授予單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-18
• 1.1 課題來源11
• 1.2 課題的背景和研究意義11
• 1.3 臺式機器人運動控制技術概述11-15
• 1.3.1 臺式機器人運動控制技術簡介12
• 1.3.2 國內(nèi)外臺式機器人運動控制研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.3 臺式機器人運動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢14-15
• 1.4. 論文的主要研究內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu)15-18
• 1.4.1 論文研究內(nèi)容15
• 1.4.2 論文結(jié)構(gòu)15-18
• 2 運動控制算法方案設計18-25
• 2.1 臺式機器人運動控制參數(shù)指標18-19
• 2.1.1 基本性能參數(shù)18-19
• 2.1.2 運動控制功能19
• 2.2 基于異構(gòu)多核的運動控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)19-22
• 2.2.1 DSP主控單元20
• 2.2.2 FPGA功能模塊20-21
• 2.2.3 主機通信21-22
• 2.2.4 外圍接口設計22
• 2.3 基于異構(gòu)多核的運動控制算法架構(gòu)22-24
• 2.3.1 異構(gòu)系統(tǒng)中任務的分配策略23
• 2.3.2 運動控制算法任務的分配及協(xié)同處理23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 3 軌跡規(guī)劃算法25-47
• 3.1 數(shù)據(jù)采樣插補算法25-26
• 3.2 粗插補算法的研究26-30
• 3.2.1 直線粗插補27-28
• 3.2.2 圓弧粗插補28-30
• 3.3 精插補算法的研究30-36
• 3.3.1 逐點比較插補算法30-33
• 3.3.2 數(shù)字積分插補算法33-36
• 3.4 位置控制算法的研究36-45
• 3.4.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡自抗擾控制算法37-41
• 3.4.2 Matlab/Simulink仿真模型搭建41-43
• 3.4.3 仿真與驗證分析43-45
• 3.5 本章小結(jié)45-47
• 4 速度規(guī)劃算法47-56
• 4.1 速度規(guī)劃算法簡介47
• 4.2 基于數(shù)字卷積的梯形加減速控制算法研究47-51
• 4.2.1 基于數(shù)字卷積的梯形加減速控制原理49-51
• 4.3 基于數(shù)字卷積的S形曲線加減速控制算法研究51-52
• 4.3.1 基于數(shù)字卷積的S形加減速控制原理51-52
• 4.4 基于數(shù)字卷積減速算法的設計與驗證52-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 5 運動控制算法及功能模塊的實現(xiàn)56-75
• 5.1 運動控制功能模塊設計56-66
• 5.1.1 狀態(tài)和命令控制寄存器56-58
• 5.1.2 硬件精插補模塊設計58-62
• 5.1.3 編碼器反饋模塊設計62-64
• 5.1.4 位置計數(shù)器設計64-65
• 5.1.5 特殊I/O接口65-66
• 5.2 雙端口RAM模塊設計66-67
• 5.3 數(shù)據(jù)通信格式設計67-72
• 5.3.1 雙端口RAM存儲空間分配67-68
• 5.3.2 通信命令設計68-72
• 5.4 DSP程序設計72-74
• 5.4.1 DSP主程序模塊72
• 5.4.2 DSP與雙端RAM通信模塊72-73
• 5.4.3 算法實現(xiàn)程序模塊73-74
• 5.5 本章小結(jié)74-75
• 6 運動控制算法測試與實驗分析75-82
• 6.1 運動控制系統(tǒng)軟硬件調(diào)試75-76
• 6.2 運動控制算法測試及結(jié)果分析76-81
• 6.2.1 直線插補梯形加減速測試78-80
• 6.2.2 圓弧插補S形加減速測試80-81
• 6.3 本章小結(jié)81-82
• 總結(jié)與展望82-84
• 1、總結(jié)82-83
• 2、展望83-84
• 致謝84-85
• 參考文獻85-89
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及研究成果89

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王鳳儒，佟穎，張淑麗，，杜力，揚少華;一種自適應差分控制算法的研究[J];哈爾濱電工學院學報;1996年04期

2 管愛民;;一類新型簡單的控制算法[J];化工自動化及儀表;1991年01期

3 范明聰;沈連Z`;;一種目標導向運動控制算法[J];工業(yè)控制計算機;2007年07期

4 劉衛(wèi)強;;基于PLC的懸掛姿態(tài)控制算法[J];信息與電腦(理論版);2009年08期

5 程君實,潘俊民,汪瓊,吳立衛(wèi);四足機器人步行控制算法的研究[J];上海交通大學學報;1991年06期

6 王君榮;陳名松;;數(shù)字PID控制算法的研究和仿真[J];大眾科技;2008年04期

7 魏友原;王劍偉;郭瑞;;大時滯系統(tǒng)的自動控制算法實踐[J];科技與企業(yè);2012年12期

8 牟文殊;孫崇正;師克寬;;對溫度控制算法的一些探討[J];自動化儀表;1986年03期

9 覃佳能;張震;楊連發(fā);陳隆鴻;;人體表面吹拂氣體溫度控制算法及實現(xiàn)[J];機床與液壓;2011年19期

10 翟樹民;;幾種計算機控制算法的仿真研究[J];西北電訊工程學院學報;1984年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 黃昕;褚健;;基于概率平均意義下的控制算法選擇[A];1996年中國控制會議論文集[C];1996年

2 朱進國;霍偉;;一類非線性不確定系統(tǒng)的“棒-棒”控制算法[A];第十九屆中國控制會議論文集（一）[C];2000年

3 林岳松;王俊宏;薛安克;;二級倒立擺的簡易多PD控制算法[A];第二十一屆中國控制會議論文集[C];2002年

4 方旭明;侯伯巖;;數(shù)控數(shù)字積分插補的速度控制算法[A];1996中國控制與決策學術年會論文集[C];1996年

5 王鈺;張衛(wèi)東;孫優(yōu)賢;;紙機定量水份通用控制算法[A];1995年中國控制會議論文集（下）[C];1995年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 夏鯤;新型仿人機器人關節(jié)用永磁球形步進電機控制算法及驅(qū)動器研究[D];合肥工業(yè)大學;2007年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 萬榮鑫;微型直流電機伺服控制算法的研究及FPGA實現(xiàn)[D];西南交通大學;2016年

2 高敏;臺式機器人運動控制算法的研究與實現(xiàn)[D];西南科技大學;2016年

3 任勇;一種抗強干擾自適應PID控制算法[D];黑龍江大學;2012年

4 李尹;PID控制算法及其在風速控制中的應用[D];華中科技大學;2007年

5 張志文;衛(wèi)星姿態(tài)的魯棒自適應控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

6 趙光輝;幾種非線性控制算法的比較及控制實驗測試[D];中國石油大學;2010年

7 陳建峰;某戰(zhàn)車穩(wěn)定器數(shù)字化改造控制算法及實驗研究[D];中北大學;2006年

8 李靜嵐;基于CAN總線伺服系統(tǒng)的多電機同步控制算法的研究[D];中國科學院研究生院（電工研究所）;2003年

9 賈旭州;永磁直驅(qū)風機控制算法實現(xiàn)與仿真分析[D];內(nèi)蒙古大學;2015年

10 王軍偉;基于FPGA的模糊PID控制算法的研究及實現(xiàn)[D];浙江工業(yè)大學;2009年

本文編號：888636