机器人大脑浮点化及其半物理仿真架构研究

摘要

随着现代化自动控制的发展,传统的PLC控制器已经不能满足工业自动化控制应用中愈来愈多的复杂要求,能适应于特殊场合并实现复杂控制功能的专用控制器需求日趋增加。本文参考PAC控制器的优点,设计了一种用于液压机器人大脑控制,可实现复杂浮点数运算的专用控制器,该控制器主处理器采用汽车级16位单片机芯片,基于FPGA设计了具有浮点功能的协处理器,同样适用于对工况有特殊要求的工程机械行业。
　　 全文以液压机器人大脑半物理仿真平台架构为中心,将该平台分为协处理器的硬件模块、协处理器的软件模块、主处理器BDM下载器模块、人机界面模块进行设计,最后完成了控制器硬件在环的半物理仿真。浮点协处理器的硬件模块以EP2C5T144Q8为主芯片,完成了电路原理图的设计和PCB硬制板的制作了PCB板。协处理器的软件模块采用VHDL语言编写了浮点数的加减乘除、开方及自然对数运算,并将各运算单元模块化管理。主处理器BDM下载器模块使用STMS8S105作为硬件平台,STVD编译环境编写BDM通讯协议及Flash擦写操作,完成了下载器的软件设计。人机界面模块使用C＃作为上位机开发平台,设计了人机操作界面,编写了串口通讯程序实现了PC机和MCU的通讯。为了快速建立液压系统数学模型,利用Simulink建立模型,通过RTW将模型转化为C代码并封装成DLL,使用信号转换器转换模拟信号和数字信号,最终实现了半物理仿真。