基于ARM的超声波电机嵌入式驱动控制系统研究

摘要

超声波电机是一种全新原理的直接驱动电机，它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力，通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动。与传统的电磁电机相比，它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作相应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性，在非连续运动领域、精密控制领域要比传统的电磁电机性能优越得多。超声波电机在工业控制系统、汽车专用电器、精密仪器仪表、办公自动化设备、智能机器人等领域有广阔的应用前景，近年来倍受科技界和工业界的重视，成为当前机电控制领域的一个研究热点。 本文主要研究了行波型超声波电机的嵌入式驱动控制系统设计。系统是基于ARM嵌入式微控芯片设计的。全文共分为6部分。第一章主要介绍了国内外超声波电机驱动控制技术在国内外的发展状况，ARM芯片的结构原理以及本课题的选题意义。第二章在前人的研究基础上做了系统仿真，为系统的硬件设计提供设计指导。第三章提出了基于ARM的超声波电机嵌入式驱动控制系统设计方案，并介绍了系统各个模块的设计与调试的过程和结果。第四章介绍了uC/OS-Ⅱ操作系统在ARM上的移植，以及基于该操作系统的电机控制系统软件设计流程。第五章介绍了系统各子程序的设计，速度控制与定位控制的算法设计，以及系统调试的结果。第六章总结了本论文的主要贡献、存在问题以及后续课题的研究方向。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1超声波电机及其驱动控制的特点

1.2超声波电机驱动控制技术的发展

1.2.1国外研究状况

1.2.2国内研究状况

1.2.3发展趋势

1.3嵌入式控制系统简述

1.3 ARM嵌入式微控制器简介

1.3.1 ARM核芯片的应用领域

1.3.2 ARM7TDMI的内核和功能框图

1.4本课题的研究意义

1.5课题的内容及工作

第二章环形行波型超声波电机运行原理与控制系统仿真

2.1环形行波型超声波电机的结构

2.2环形行波型超声波电机的控制模型分析

2.3环形行波型超声波电机的控制系统仿真

2.3.1仿真原理图

2.3.2仿真结果

2.4本章小结

第三章超声波电机嵌入式驱动控制系统的硬件设计

3.1嵌入式系统开发流程

3.2控制系统的需求

3.3基于ARM的超声波电机嵌入式驱动控制系统的结构框图

3.4驱动控制电路的设计与调试

3.4.1控制部分

3.4.2波形发生部分

3.4.3功率放大部分

3.4.4电压控制部分

3.4.5反馈输出部分

3.4.6硬件图

3.5系统的开环调试

3.6本章小结

第四章uC/OS-Ⅱ操作系统研究及人机界面设计

4.1嵌入式实时操作系统的引入

4.2国外嵌入式操作系统产品介绍

4.3 uC/OS-Ⅱ操作系统简介

4.4 uC/OS-Ⅱ在S3C44B0X上的移植

4.4.1移植的条件

4.4.2移植uC/OS-Ⅱ主要包括的内容

4.4.3基于uC/OS-Ⅱ的系统设计

4.2人机界面设计

4.2.1 uC/GUI图形系统简介

4.2.2 uC/GUI在S3C44B0X上的移植

4.2.3界面图形的设计

4.3本章小结

第五章超声波电机驱动控制系统程序的设计与调试

5.1程序开发环境介绍

5.1.1开发环境简介

5.1.2 CodeWarrior集成开发环境

5.1.3 ADS调试器

5.2 LCD显示子程序

5.2.1 LCD显示的实现

5.2.2 LCD动态显示程序流程图

5.2.3 LCD显示程序的调试

5.3触摸屏子程序

5.3.1触摸屏程序的功能要求

5.3.2触摸屏程序流程图

5.3.3触摸屏程序的调试

5.4键盘子程序

5.4.1键盘程序的功能要求

5.4.2键盘程序流程图

5.4.3键盘程序的调试

5.5波形发生子程序

5.6反馈计算程序

5.6.1反馈计算程序的功能要求

5.6.2反馈控制主程序流程图

5.6.3超声波电机的速度控制

5.6.4 PID算法介绍

5.6.5超声波电机的定位控制

5.7本章小结

第六章总结与展望

6.1本文主要贡献

6.2存在的问题

6.3后续研究展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士期间发表的文章