数字伺服系统及其网络远程控制研究

摘要

高性能全数字化伺服系统在高速、高精度运动控制领域的应用愈来愈广泛，是当前研究的热点之一，随着伺服系统应用领域的不断扩大，研究伺服系统的远程控制也显得很有必要。 本文根据项目要求研制了一套高性能数字伺服系统，并实现了其远程控制。首先参照伺服系统和远程控制系统基本结构并结合功能需求，设计了数字伺服系统的总体结构，完成了主要功能部件的选型和设计，分析并确定了系统的通信模式和控制方式。完成了数字伺服系统的软硬件设计及调试，并采用C/S模式实现了伺服系统远程控制，最后通过实验和测试检验了伺服系统的性能。本文的主要工作和创新点如下： 基于系统的功能需求分析，硬件方面设计了伺服控制器，伺服控制器以DSP芯片TMS320LF2407A为核心处理器，以旋转变压器为位置检测元件，实现位置检测、上位机通信、模数转换和驱动器保护等功能。 软件方面设计了DSP控制软件和上位机监控软件。DSP控制软件主要完成信息处理和控制算法，实现了粗精组合算法的设计并对分区PID算法作了改进，提高了伺服系统的性能。为了方便调试和实验，设计了上位机监控软件，上位机监控软件集成通信功能，完成与远程控制端软件的通信。 分析了基于网络的远程控制不确定因素，重点研究了网络时延，通过理论研究和仿真分析的方法研究了时延对网络远程控制系统性能的影响，讨论了网络远程控制的关键问题，给出了一定的解决方法，并完成了远程控制客户端软件的设计。 最后完成了系统集成，通过本地和远程两种方式实现了对伺服系统性能的测试。该系统已投入运行，结果表明设计方案和控制策略是合理的。

目录

文摘

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声明

1绪论

1.1伺服控制技术的发展及趋势

1.2伺服系统远程控制研究现状

1.3课题背景和需求

1.4本文的主要工作和内容安排

2网络远程控制数字伺服系统总体设计

2.1数字伺服系统总体设计

2.1.1伺服系统及远程控制结构

2.1.2系统总体结构设计

2.1.3系统组成及工作原理

2.2基于网络的远程控制

2.2.1远程控制系统的主要问题

2.2.2远程控制系统的关键技术

2.3系统通信模式选择

2.4系统控制方式选择

2.5本章小结

3数字伺服系统的硬件设计

3.1伺服控制器核心芯片选型

3.2伺服控制器硬件电路结构设计

3.3关键电路单元设计

3.3.1电源电路

3.3.2外部存储器扩展电路

3.3.3时钟电路和复位电路

3.3.4电平转换电路

3.3.5 JTAG接口电路

3.4位置检测模块设计

3.5数模转换模块设计

3.6通信模块设计

3.6.1并口通信电路

3.6.2串口通信电路

3.7驱动器保护模块设计

3.8电路板制作及调试

3.9本章小结

4数字伺服系统的软件设计

4.1伺服控制器DSP控制软件设计

4.1.1程序开发环境CCS

4.1.2主程序

4.1.3中断服务子程序

4.1.4粗精组合算法

4.1.5改进的数字PID控制算法

4.2上位机监控软件设计

4.2.1上位机监控软件功能结构

4.2.2功能模块设计

4.3本章小结

5数字伺服系统网络远程控制研究

5.1基于网络的远程控制系统时延分析

5.1.1时延的组成

5.1.2影响时延的因素

5.2时延对基于网络的控制系统性能的影响

5.2.1短时延对系统性能的影响

5.2.2长时延对系统性能的影响

5.2.3对比分析

5.3远程控制的关键技术及解决方案

5.3.1实时性和可靠性

5.3.2安全性

5.4远程控制客户端软件设计

5.5本章小结

6数字伺服系统集成及性能调试

6.1数字伺服系统集成

6.2系统性能的调试

6.3本章小结

总结与展望

致谢

参考文献