基于LXI的电机控制模块研制

摘要

LXI电机控制模块是自动测试系统中常用的测试资源，用于对十字目标模拟器和转台进行控制。为了获得较好的控制效果，在使用已有的电机控制模块时，需要针对不同被控对象进行相应控制参数的调节，增加了模块使用的复杂程度。本课题基于自适应增益趋近率的滑模控制算法研制了LXI电机控制模块，实现了控制参数自适应调节，简化了模块使用的复杂性，提高了模块的适用性，具有重要的应用价值。
　　首先通过仿真验证了传统PID算法对被控对象模型参数摄动的鲁棒性不佳的特点。建立了永磁直流电机的数学模型，研究了离散趋近率滑模控制算法，通过分析离散指数趋近率的抖振和指数趋近率算法参数之间的联系，提出了自适应增益趋近率控制算法，对指数趋近率，组合趋近率和本课题提出的自适应增益趋近率算法的阶跃特性做了仿真分析。仿真验证了自适应增益趋近率滑模算法对被控对象模型参数摄动的鲁棒性。研究了步进电机的升降速控制算法，采用了指数曲线形式的加减速算法设计步进电机的启动和停止运动过程。
　　参考了国内外在LXI测试设备及电机控制方面的研究成果，基于选择的控制算法，提出了模块的总体方案。通过对LXI总线技术的研究以及电机控制算法的研究，提出了模块的软硬件设计方案，确定了所研究的电机控制算法通过DSP软件实现。
　　模块硬件基于 DM642型 DSP+FPGA的架构，并结合外围的网络接口电路、时钟电路等实现了LXI标准化接口的硬件设计。设计了直流电机功能电路、步进电机功能电路、正交解码功能电路和D/A转换功能电路。在 FPGA内部设计了DSP总线接口、正交解码器、脉冲发生器、D/A控制器等功能模块。基于多线程设计了DSP的固件程序：编写了所研究的控制算法程序，实现了LAN通讯功能及部分LXI扩展类功能如LAN发现、1588时钟同步。开发了控制模块的网页和LabWindows/CVI软面板，设计了相应的驱动程序。
　　最后对模块进行了测试。测试结果表明，模块能够正常工作，满足功能要求和技术指标。

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第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 主要研究内容及本文组织结构

第2章 电机控制算法研究

2.1 传统PID算法分析

2.2直流电机控制算法选择

2.3 离散滑模算法理论研究

2.4滑模算法仿真

2.5 步进电机控制算法

2.6 本章小结

第3章 总体方案

3.1 功能要求与技术指标

3.2 总体设计方案

3.3 硬件设计方案

3.4 软件设计方案

3.5 本章小结

第4章 软硬件设计

4.1 硬件设计

4.2 软件设计

4.3 本章小结

第5章 系统测试及结果分析

5.1 直流电机测试

5.2 步进电机测试

5.3 D/A功能测试

5.4 LXI接口功能测试

5.5测试结果及分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢