基于DSP的挖掘机工作装置轨迹控制系统

摘要摘要近年来，移动机器人应用范围越来越广泛，已经被用于人类生活的各个领域，而应用移动机器人完成侦查、排爆及消防等危险任务已经成为各国研究的重点。

随着移动机器人的智能化程度越来越高，对机器人控制器的要求也在不断提高，这就要求控制器具有良好的实时性和快速响应能力。

本次设计了一款全数字控制的小型地面移动机器人运动控制器，具有控制、功率驱动及各种保护等功能。

采用ARM9作为运动控制器的主控芯片，DSP作为分布式控制芯片，重点设计了DSP控制器的硬件电路。

这些电路包括DSP最小系统、电机驱动、电机电流检测、电机位置检测及电机过压欠压保护，并对其主要电路进行了详细的分析。

ARM主控制器与DSP分布式控制器之间利用CAN总线进行通信。

采用速度环及电流环的双闭环控制，并且引入积分分离PID控制作为速度调节器的控制算法，对传统的PID控制进行了改进。

在设计硬件电路和控制算法基础之上，完成了DSP控制软件的设计。

软件设计主要包括主程序设计及各种中断子程序设计。

中断子程序又包括电机换相及速度计算子程序、PWM输出子程序、速度控制子程序、CAN总线通信子程序等。

关键词：移动机器人，ARM9，DSP运动控制器，无刷直流电机，PWMIABSTRACTAbstractIn present, the mobile robot has been aplied more and more widely. It has been used in all human life. It has become the focus study to complete the dangerous tasks such as investigation, remove exploder and fire protection with mobile robot. With the mobile robot becoming more and more intelligent, the requirment of motion controller has been improved increasingly. It requires the controller with good real-time and rapid response capacity. The study had designed a motion controller of mobile robot with fully digital control system. It had the function of control, power driver and various overload protection.The ARM9processor was used in the motion controller as main command chip and DSP chips as the distributed controllers. The hardware circuits of DSP controller had been designed. It included the least control circuit of DSP, the circuit of motor drive, check current, position detection of motor, over-voltage and under-voltage protection. The main circuits had been analyzed detailed. The main processor ARM9 and distributed processors DSP using CAN bus communicate with each other. The motion controller had double closed loops which were speed loop and current loop. The traditional PID control had been improved. The integral separation PID control had been used in the speed reguator.Based on the hardware circuits and the control arithmetic, the software design of the DSP controller had been completed. It included the main program and various subprograms of interrupt. The program of motor communication, speed calculation, PWM output, speed control, communication with CAN and so on were also included in the subprogram.Key words: Mobile Robot, ARM9, DSP Motion Controller, BLDCM, PWMII目录摘要 (I)ABSTRACT ................................................................................................................. I I 目录 ......................................................................................................................... I II 第一章绪论 . (1)1.1课题设计的意义 (1)1.2 课题来源及国内外研究现状 (1)1.3 课题设计的主要内容 (2)第二章控制系统总体概述 (3)2.1 移动机器人运动控制系统总体结构 (3)2.2 电机的选择 (4)2.2.1 步进电机、有刷直流电机及无刷直流电机比较 (4)2.2.2 无刷直流电机结构及工作原理 (5)2.2.3 无刷直流电机的数学模型 (7)第三章控制系统硬件电路设计 (10)3.1 控制系统电源设计 (10)3.1.1 驱动板电源设计 (10)3.1.2 DSP供电电源专用芯片的匹配电源设计 (11)3.2 ARM9主处理器概述及其与CAN总线的连接简介 (12)3.2.1 ARM9处理器概述 (12)3.2.2 ARM9处理器S3C2410X与CAN总线的连接 (12)3.3 DSP分布式控制器与DSP最小系统设计 (13)3.3.1 TMS320F2812 DSP芯片简介 (14)3.3.2 DSP最小系统设计 (15)3.4 CAN功能模块硬件设计 (20)3.5 PWM信号隔离及驱动电路 (22)3.6 主电路设计 (23)3.7 电流检测电路设计 (25)3.8 转速及转子位置检测电路设计 (26)III第四章控制系统软件设计 (28)4.1 软件开发环境 (28)4.2 主程序设计 (28)4.3 中断服务程序设计 (30)4.3.1中断捕获模块 (30)4.3.2 PWM产生模块 (32)4.3.3 定时器1中断模块 (34)4.3.4电机保护中断模块 (37)4.4 CAN总线接口通信程序设计 (38)总结 (40)参考文献 (41)致谢 (42)附录 (43)IV第一章绪论1.1课题设计的意义机器人是一个正在蓬勃发展的重要领域。

CLG920C挖掘机工作装置轨迹控制系统研究的开题报告一、选题背景随着我国经济的不断发展和建设项目的不断增加，挖掘机作为重型工程机械，其使用的频率和数量也不断地提高。

挖掘机的工作效率和稳定性是施工和工程进度的核心。

而目前挖掘机行业中，大多数挖掘机工作装置轨迹受到机械结构和液压系统的限制，无法完全跟随操作人员的指令进行运动，从而影响了挖掘机的工作效率和稳定性。

因此，设计一种能够实现挖掘机工作装置轨迹控制的控制系统是非常有必要的。

二、选题目的本课题主要是探究一种基于数学模型、液压系统和电气控制的挖掘机工作装置轨迹控制系统，通过该系统可以更加精确地控制挖掘机的工作装置轨迹，提高挖掘机的工作效率和稳定性，降低维修和运营成本。

三、选题内容与方法本课题将主要进行以下研究：1、数学模型的建立：建立挖掘机工作装置轨迹控制的数学模型，以实现对挖掘机工作装置的精确控制，保证其运动的稳定性和精度。

2、液压系统的设计与优化：设计和优化挖掘机的液压系统，提高液压系统的控制精度和响应速度，以保证其能够快速、精确地跟随操作人员的指令。

3、电气控制系统的设计：设计电气控制系统，实现对液压系统的控制和调节，以及对挖掘机工作装置轨迹的实时监控和自适应控制。

4、系统的实验验证：利用所设计的控制系统对挖掘机的工作装置轨迹进行实时控制，在实验室和现场对其进行测试和验证，评估其控制效果和应用前景。

四、预期成果通过本课题的研究与实验验证，将可以设计出一种基于数学模型、液压系统和电气控制的挖掘机工作装置轨迹控制系统，实现对挖掘机工作装置轨迹的精确控制和自适应调节。

该系统将有助于提高挖掘机的工作效率和稳定性，降低维修与运营成本，具有广泛的应用前景。

基于DSP的数控系统运动控制器的设计的开题报告一、课题背景及意义随着控制科技的快速发展，数控机床作为制造业的重要设备之一，市场需求越来越大。

在数控机床的控制系统中，运动控制器是其中的核心，直接影响着机床的运动精度、速度和稳定性等方面，因此运动控制器的设计和开发具有重要意义。

本课题将以DSP为基础，研究数控机床的运动控制器的设计，旨在提高数控机床的控制精度和运行效率，从而增强其在制造业中的竞争力。

二、研究内容和目标1.研究DSP技术的运用，设计数字控制器。

2.设计高精度的数控系统运动控制器，实现多轴相互协调的运动，并可实现一些高级控制算法，如自适应控制算法等。

3.研究机床控制系统的结构，确定运动控制器在机床控制系统中的位置和作用。

4.进行系统仿真实验，验证设计方案的正确性和有效性。

5.最终目标是成功设计出基于DSP的数控系统控制器，提高数控机床的工作精度和效率。

三、研究方法与技术路线1.对数控机床的控制系统结构和各部分功能进行了解和分析。

2.针对DSP技术的应用进行了研究和学习，掌握相关的电路原理和编程技术。

3.依据DSP技术设计出数字控制器，进行测试和验证算法的正确性。

4.设计控制器的具体算法实现，完成良好的运动控制效果，包括调节速度、加速度、位置等参数。

5.最后进行仿真试验，验证设计方案的正确性和有效性。

四、研究计划第一年：1.对数控机床的控制系统结构和各部分功能进行了解和分析。

2.针对DSP技术的应用进行了研究和学习，掌握相关的电路原理和编程技术。

3.依据DSP技术设计出数字控制器，进行测试和验证算法的正确性。

第二年：1.设计控制器的具体算法实现，完成良好的运动控制效果，包括调节速度、加速度、位置等参数。

2.测试控制器的运行效果和控制精度，逐步完善算法实现。

3.编写用户界面程序，实现与用户的交互。

第三年：1.进行系统仿真试验，验证设计方案的正确性和有效性。

2.进行实机试验，测试控制器的稳定性和可靠性。

基于DSP控制的高精度机械定位系统赵鹏;王爱国;杨东林【摘要】A high precision mechanical positioning system was introduced. The magnetic field oriented control theory error and offset algorithm was adoped.it can be used in synchronous position decetion. DSP was used to contral permanent magnet synchronous servo motor and dilive.high precision LM rolling guide intelligent combined element,so it can achieve the realize pinpoint of the table. Based on the rotor field oriented control theory and error offset algorithm,the composition and the hardware and software design of system. It used the C + +/C language in programming, so it can realize the real-time and acuracy control. Experimental results show that the system has micron level positioning accuracy and good operability.%介绍了一种应用于同步位置检测的高精度机械定位系统.系统基于转子磁场定向控制理论和误差补偿算法,采用DSP控制永磁同步伺服电动机,驱动高精度LM滚动导轨智能组合单元,实现对工作台的精确定位.在转子磁场定向控制理论和误差补偿算法基础上,给出了系统的组成及软硬件设计方案.采用C++C语言对上下位机编程,实现了系统运动的快速性和精确性.实验结果表明,该系统达到微米级的定位精度并具有良好的操作性能.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2012(000)007【总页数】4页(P61-64)【关键词】DSP控制;高精度机械定位;定时中断程序;误差补偿【作者】赵鹏;王爱国;杨东林【作者单位】长春理工大学机电工程学院,吉林长春130022;长春理工大学机电工程学院,吉林长春130022;长春理工大学机电工程学院,吉林长春130022【正文语种】中文【中图分类】TP2731 系统总体设计要实现高精度的机械定位，系统须有极小的机械误差和极高的控制精度。

基于DSP的全自主移动机器人运动控制系统研究的开题报告1. 项目背景与研究意义移动机器人是一种自主移动的机器设备，具备环境感知、路径规划、运动控制等功能。

移动机器人已广泛应用于工业生产、军事安全、家庭护理等领域。

其中，移动机器人的运动控制是保证机器人能够稳定运行、达到预期目标的关键技术之一。

当前，大多数移动机器人运动控制系统采用的是基于单片机的嵌入式控制技术，但由于单片机性能限制，难以满足复杂运动规划和控制要求。

因此，本项目旨在研究基于DSP的全自主移动机器人运动控制系统。

数字信号处理器（DSP）是一种高性能、低功耗的芯片，能够高速处理数字信号，具有较强的运算能力和实时性。

因此，基于DSP的移动机器人运动控制系统可大幅提升系统运行效率与鲁棒性，增强机器人运动控制的稳定性和准确性，提高机器人的自主性和智能化。

2. 研究内容与研究方法2.1 研究内容（1）DSP芯片选型和系统设计：根据机器人运动规划和控制要求，选取合适的DSP芯片，并设计移动机器人的运动控制系统；（2）机器人路径规划算法设计：研究基于DSP的移动机器人路径规划算法，实现机器人规划可行路径；（3）基于DSP的运动控制算法设计：研究基于DSP的移动机器人运动控制算法，实现机器人运动的精准控制；（4）移动机器人硬件系统开发：结合研究内容，设计并开发移动机器人硬件系统，包括机械结构、传感器、执行机构等；（5）系统测试与性能分析：完成系统的测试和验证工作，分析系统的运行性能和实际应用价值。

2.2 研究方法（1）运用MATLAB、Simulink、Code Composer Studio等工具进行算法设计和仿真；（2）采用Altium Designer等EDA设计软件进行硬件系统设计；（3）通过硬件调试和实际测试，验证系统的运行性能和实际应用价值。

3. 预期成果与应用价值本项目旨在研究基于DSP的全自主移动机器人运动控制系统，预期取得以下成果：（1）设计出基于DSP的移动机器人运动控制系统，系统运行高效、稳定可靠、控制精度高；（2）提出基于DSP的移动机器人路径规划算法和运动控制算法，实现机器人自主移动和精准操作；（3）完成移动机器人硬件系统的开发，包括机械结构、传感器、执行机构等；（4）完成系统的测试和性能分析，验证系统的运行性能和实际应用价值。

专利名称：用于液压挖掘机工作装置的轨迹控制系统及方法专利类型：发明专利
发明人：戴群亮,邵以东,唐建国,卢书湘
申请号：CN200510200186.6
申请日：20050328
公开号：CN1651666A
公开日：
20050810
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种用于液压挖掘机工作装置的轨迹控制系统及方法，是通过DSP接收动臂角度检测机构、斗杆角度检测机构、铲斗角度检测机构测量信号及相应液压缸压力信号、发动机转速信号，获得相应的电压值，对数据进行存储和处理；存储设定的工作装置的目标位置和姿态；根据工作装置的实际测量角度信号，与通过逆运算获得的数据相比较，产生校正信号；驱动工作装置中驱动油缸动作；采用CAN总线通讯方式，实现数据传输；由前馈控制与非线性PID控制算法相结合的方法进行控制。

优点是能够实现液压挖掘机工作装置的自动操纵，精确而稳定地控制液压挖掘机工作装置的位置和姿态，使工作装置按照预先设定的轨迹运动，完成作业任务，缩短作业周期，提高作业效率和作业质量。

申请人：广西柳工机械股份有限公司
地址：545007 广西壮族自治区柳州市柳太路1号
国籍：CN
代理机构：柳州市集智专利事务所
代理人：陈希
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DSP在机器人控制系统中的应用数字信号处理(DSP)是应用数学、算法及电子工程技术来处理及分析数字信号的学科。

在机器人控制系统中，DSP有着广泛的应用。

1. 传感器信号处理机器人控制系统中需要对传感器收集到的数据进行处理。

例如，激光雷达传感器可以用来获取机器人周围环境的距离和方向信息。

这些数据需要进行数字信号处理，包括数据滤波、噪声减少和数据解析。

DSP可以提供高效和准确的方法来处理这些数据，并将其转换成机器人可以理解和操作的形式。

2. 运动控制在机器人控制系统中，DSP可以帮助机器人实现各种运动。

DSP可用于启动和停止电机，控制制动器的操作以及管理运动轨迹。

通过对传感器数据的处理和比较，DSP可以使用反馈控制方法来保持机器人在目标位置和朝向上的准确性。

3. 人机交互DSP可以帮助机器人与人类进行互动。

机器人可以通过声音识别、机器视觉、触觉和语音合成等技术，实现对人类的理解和响应。

通过对这些交互数据的实时处理，DSP可以根据人类的反馈来改变机器人的行为，从而使机器人更加自然地与人类交互。

4. 嵌入式系统设计许多机器人控制系统需要在嵌入式系统上运行，这些系统有限的资源可以使用DSP来高效地处理和控制数据。

使用DSP可以通过协处理器来提高系统的性能，这会使一些处理任务更快完成。

5. 实时运算和控制在机器人控制系统中，实时性非常重要。

DSP可以在非常短的时间内进行处理和控制，以快速地响应机器人和环境的变化。

使用DSP可以实现实时数据采集、处理和反馈控制，从而使系统更加稳定和可靠。

总之，DSP在机器人控制系统中有着广泛的应用，可以实现传感器信号处理、运动控制、人机交互、嵌入式系统设计和实时运算和控制等功能。

随着数字信号处理技术的提高和发展，机器人控制系统将得到更好的优化和改进，为未来的机器人技术发展提供支持。

基于DSP运动控制的机器人控制系统研究摘要：运动控制系统是实现机器人各种运动和操作的重要控制部件，而其运动控制的主要方式就是对电机的控制。

DSP是一种广泛应用于控制电动机的控制芯片，其不仅可以实现对电机的控制，还可以对电机的转速进行检测，从而为机器人的运动控制系统反馈信号，以实现更加精准的控制。

本文以DSP控制芯片为基础进行机器人的运动控制系统的设计，主要内容包括运动控制系统的硬件设计和软件设计，以期为机器人的运动控制设计提供参考。

关键词：DSP；运动控制；机器人；速度控制科学技术的进步推动了工业生产自动化程度的提高，促进了人们生活向智能化迈进的步伐，机器人已经在工业、农业、人类生活等方面得到了广泛的应用。

机器人技术包含了自动控制技术、微电子与计算机技术、传感与信息处理技术、人工智能技术与仿生学等多门学科，是一门跨越多个学科、综合性强的技术。

机器人的出现改变了传统工业生产的过程，实现了生产的智能化、机械化，推动了科学技术的发展。

机器人的控制系统是其核心部分，其控制系统的性能对于机器人操作的精准性至关重要。

数字信号处理器（DSP）是一种广泛应用于机器人控制中的控制系统核心芯片，其具有控制的精准度高、可重复、稳定、可靠等优点，能够满足机器人的复杂控制要求。

本文以DSP控制芯片为基础进行机器人的运动控制系统的设计，主要内容包括运动控制系统的硬件设计和软件设计，以期为机器人的运动控制设计提供参考。

一、机器人运动控制与DSP控制系统概述（一）机器人运动控制概述机器人运动控制系统主要是实现对电机的控制，包括电机的正反转控制、启停控制、电机的转速、转矩、功率等的控制。

随着电子技术和自动控制技术的发展，现代的运动控制技术通过计算机、DSP控制器等现代控制技术实现对电机的控制，从而实现机器人运动的精准化。

机器人的控制系统是其运动的执行机构，主要包括传感器系统、计算机硬件系统、输入/输出设备、控制软件以及驱动设备等几部分，各部分之间的关系如图1所示。