基于FPGA的步进电机驱动控制系统设计

针对步进电机启动时会造成丢步、停止时会发生过冲的问题,提出了一种采用FPGA实现步进电机速度控制的方法,建立了步进电机驱动控制系统.该系统采用“软启软停”算法实现步进电机速度控制,可防止丢步和过冲,提高工作频率;并且实现步进电机上电复位功能和掉电检测功能,可防止上电误操作.整个系统通过网络进行通信,实现了网络化管理.最后将此步进电机驱动控制系统应用于光学系统中,应用结果表明了该方法的可行性.     

基于时间细分技术的高精度自动定位控制方法研究

针对采用步进电机进行微步驱动时易出现"爬行"和步距角过大的现象,提出了一种基于时间细分技术的高精度自动定位控制方法,并研制了相应的控制系统.该方法通过在每个电机步距运动时间内对反馈元件进行高频采样,实现了对步距的细分和对运动的闭环控制.控制系统采用嵌入式微处理器和现场可编程逻辑阵列构建,并与采用步进电机直接驱动滚珠丝杆的机械载物台进行联机测试.测试结果表明,系统可以控制步进电机在不进行高倍细分的条件下的精确定位,具有较高的应用价值.     

基于FPGA的新型步进电机驱动系统

美国Allegro公司推出的A3972型串口控制器是步进电机微步距驱动专用电路.一个A3972外加一个CPU即可实现步进电机的微步距驱动,本文用VHDL语言对FPGA进行编程仿真,产生A3972芯片所需的驱动脉冲时序,达到对步进电机的控制,简化了步进电机控制的实现.     

基于模糊PID的武装机器人运动控制研究

运动控制系统设计是武装机器人设计中的重要内容,控制驱动电机的转速是进行运动控制的常用方法,所研究的武装机器人就是运用控制电机转速这种方法来实现运动控制的。在电机的运动控制过程中容易出现超调、振荡、丢步和两电机不同步的问题,运用先进的控制算法实现电机转速精确控制是运动控制的一种有效途径,设计了一种利用模糊自适应整定PID原理实现对步进电机速度控制的运动控制系统,然后在两驱动电机控制系统中间设计了速度同步补偿器,来保证武装机器人的直线运动性能。通过仿真和试验证实,该运动控制系统具有良好的响应速度、稳定性和控制精度,在两电机负载和干扰输入信号有所差异的情况仍然能够实现电机的同步控制,能够满足武装机器人运动控制的设计要求。     

基于Simulink仿真的步进电机细分控制分析

针对大视场视觉测量系统中标定物的高精度定位控制问题,研究二维转台的驱动电机细分控制方法.步进电机是一种数字控制电机,它将电脉冲信号转换成相应的角位移,具有快速启动和停止的能力.它每转一周都有固定的步数,在不丢步的情况下,其步距误差不会长期积累,仅与脉冲频率有关.为了提高转台的分辨率,对步进电机的步距角进行研究,分析了步进电机步距角实行细分的可行性,采用SPWM技术对步进电机相电流进行控制,在Simulink的环境下对步进电机建立数学模型并进行了分析.通过对步进电机的细分控制大大改善了其各项性能,可实现二维转台的高精度定位控制.     

基于模糊PID的武装机器人运动控制研究北大核心CSCD

运动控制系统设计是武装机器人设计中的重要内容,控制驱动电机的转速是进行运动控制的常用方法,所研究的武装机器人就是运用控制电机转速这种方法来实现运动控制的。在电机的运动控制过程中容易出现超调、振荡、丢步和两电机不同步的问题,运用先进的控制算法实现电机转速精确控制是运动控制的一种有效途径,设计了一种利用模糊自适应整定PID原理实现对步进电机速度控制的运动控制系统,然后在两驱动电机控制系统中间设计了速度同步补偿器,来保证武装机器人的直线运动性能。通过仿真和试验证实,该运动控制系统具有良好的响应速度、稳定性和控制精度,在两电机负载和干扰输入信号有所差异的情况仍然能够实现电机的同步控制,能够满足武装机器人运动控制的设计要求。     

欠驱动无人水下航行器三维轨迹跟踪的反步控制

针对欠驱动无人水下航行器(underactuated unmanned underwater vehicles,UUVs)三维轨迹跟踪控制问题,本文有别于传统反步法中基于视线法设计姿态角误差变量的思路,提出了一种定义虚拟速度误差变量的反步控制器设计方法,能够有效避免传统反步法控制律设计时存在的奇异值问题,简化了传统反步法复杂的计算过程;设计了欠驱动UUV的三维轨迹跟踪控制器,给出了系统的误差方程,基于Lyapunov稳定性理论证明了系统在定常外界扰动下的鲁棒性和稳定性;仿真结果表明本文提出的UUV三维轨迹跟踪反步控制方法收敛、有效,能够实现欠驱动UUV对时变三维轨迹的精确跟踪控制.     

基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模 动态面输出反馈控制

针对三自由度全驱动船舶速度向量不可测问题,考虑船舶模型参数和外部环境扰动均未知的情况,提出一种基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模动态面输出反馈控制方法.该方法设计神经网络自适应观测器估计船舶速度向量,且利用神经网络逼近模型参数不确定项,综合考虑船舶位置和速度误差之间关系构造递归滑模面,再采用动态面控制技术设计轨迹跟踪控制律和参数自适应律,并引入低频增益学习方法消除外界扰动导致的高频振荡控制信号.选取李雅普诺夫函数证明了该控制律能够保证轨迹跟踪闭环系统内所有信号的一致最终有界性.最后,基于一艘供给船进行仿真验证,结果表明,船舶轨迹跟踪响应速度快,所设计控制器对系统模型参数摄动及外界扰动具有较强的鲁棒性.     

非完整移动机器人的反步跟踪控制方法

移动机器人是典型的非完整系统,对其进行运动控制是一个热点且是一项具有挑战性的工作.目前的大部分研究都是基于运动学模型的,而在实际应用中,动力学特性不可忽视.针对轨迹跟踪这一典型控制任务,文中对一种轮式移动机器人进行了动力学建模.利用反步技术,提出了一种控制结构,综合了速度控制器和力矩控制器.该控制律不但能够得到稳定跟踪所需要的速度,而且同时能够计算出驱动移动机器人行进的电机力矩.仿真结果表明,该控制律可以良好地工作.控制结构的通用性保证了其他控制方法拓展的可能性.     

基于扩张观测器的欠驱动船舶轨迹跟踪低频学习自适应动态面输出反馈控制

针对速度不可测的三自由度欠驱动船舶轨迹跟踪控制问题,考虑船舶存在模型参数不确定项以及外界环境干扰未知情况,提出一种基于扩张观测器的欠驱动船舶轨迹跟踪低频学习自适应动态面输出反馈控制策略.该策略构造扩张观测器估计船舶速度向量,利用神经网络算法逼近模型参数不确定项,然后采用动态面控制技术避免对虚拟控制律直接求导,简化控制律计算过程,并引入低频增益学习技术消除外界扰动导致控制信号产生高频振荡,最后选取李雅普诺夫函数证明该控制律能够保证船舶跟踪闭环系统中所有误差信号一致最终有界.仿真结果表明,本文所设计控制器对船舶模型参数不确定项及外界环境干扰具有较强的鲁棒性,能够实现对船舶轨迹的有效跟踪.     

基于STM32F4的电机控制系统设计

为改善步进电机堵转、失步、超步等问题,提高步进精度,使步进电机能够快速准确定位,提出基于STM32F4微控制器的步进电机控制系统设计。通过改变PWM输出定时器的预分频值控制电机转速,直线阶梯形升降速算法实现调速;采用DMA方式控制电机脉冲数量,实现位置精确控制。实验以及实际应用情况表明,阶梯形升降速算法以及DMA方式位置控制算法能够满足一般要求,系统误差为±0.01度。系统精确度高、性能可靠、扩展性强,具有较高的应用价值。     

二相混合式步进电机的高性能驱动器研究

研究二相混合式步进电机高性能驱动控制方法,实现减小低频振荡和改善矩频特性的目的。在常用升降速控制技术的基础上改进一种指数形式结合台阶模式的加减速控制方法。以Logistic增长方程为模型,提出一种基于调频调压驱动模式的电流补偿控制算法,即电机的供电电压实时跟踪运行频率的驱动方式。实验结果显著改善低频稳定性和矩频特性,具有一定的研究和经济价值。     

A genetic algorithm based lookup table approach for optimal stepping sequence of open-loop stepper motor systems

Stepper motor driven systems are widely used in industrial applications. They are mainly used for their low cost open-loop high performance. However, as dynamic systems need to be increasingly faster and their motion more precise, it is important to have an open-loop system which is accurate and reliable. In this paper, we present a novel technique in which a genetic algorithm (GA) based lookup table approach is used to find the optimal stepping sequence of an open-loop stepper motor system. The optimal sequence objective is to minimize residual vibration and to accurately follow trajectory. A genetic algorithm is used to find the best stepping sequence which minimizes the error and improves the system performance. Numerical simulation has showed the effectiveness of our approach to improve the system performance for both position and velocity. The optimized system reduced the residual vibration and was able to follow the trajectory with minimal error.     

基于单片机和CPLD的多轴步进电机控制系统设计

介绍了一种基于单片机和CPLD联合控制的步进电机控制系统.系统通过单片机发出控制信号来设定电机的转速和方向.CPLD将单片机发出的控制信号转换成电机的实际控制信号,并通过驱动放大电路来实现对步进电机速度和方向的精确控制.系统采用CPLD大大简化了系统的外围硬件电路结构,提高了系统抗干扰性能,缩短了设计周期.     

自动化控制下机械手臂运动轨迹研究

对机械手臂运动轨迹进行优化控制,能改善机械手臂的自动控制性能。为了提高机械臂的控制稳健性,提出一种基于变结构模糊PID控制的机械手臂运动轨迹优化控制模型。首先采用末端效应逆运动学模型构建机械手臂的运动规划约束参量数学模型,采用七自由度运动空间重构方法建立机械手臂运动的动力学方程。然后通过纵向定常运动,分析建立机械手臂整定控制目标函数,求解机械臂在抓取作业过程中的最佳导引控制律,采用变结构模糊PID控制方法进行运动轨迹的误差修正,实现机械臂自动控制优化。最后通过仿真实验进行控制性能测试,结果表明,采用该方法进行机械手臂运动轨迹控制的精度较高,对机械臂位形变化轨迹的预测准确性较好。     

机载雷达组网多站测角被动跟踪轨迹优化研究

研究多观测器轨迹优化控制问题,由于多站测角被动跟踪系统运行存在误差,用机载雷达组网的可移动传感器采集信息,可对雷达载体轨迹优化进行研究,利用控制雷达载体的飞行轨迹可有效解决跟踪目标的弱观测性及估计器的稳定性。为了改善传统轨迹优化算法容易陷入早熟收敛和局部最小的问题,提出一种模拟退火(Simulated Annealing,SA)和粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法的混合优化方法(SA-PSO)。在给出了角度信息的适应度函数表达式基础上,结合模拟退火算法的局部搜索能力和粒子群优化算法的全局搜索能力,提高优化算法的收敛速度、精度以及全局搜索能力。实验证明,改进的混合算法对雷达载体轨迹优化有效,并减小对机动目标的被动跟踪误差。     

基于STM32的步进电机速度控制方法研究与实现

在机器人电机控制过程中,发现带载情况下如果电机起步速度过快会导致电机堵转问题,很需要一种可以实现电机匀加速的精确控制方法。本文借助于STM32F103,通过其I/O口输出矩形波脉冲序列的方式控制步进电机驱动器或伺服驱动器,从而实现对步进电机的位置和速度控制。通过修改定时器值实现梯形加减速轨迹,使步进电机运行具有较好加减速性能。另外,由于STM32F103芯片具有多路定时器,可以通过配置多路定时器输出多路不同频率的脉冲信号,实现对机器人多轴(多个电机)的控制。该方法对于机器人嵌入式步进电机控制器的开发具有很好的参考价值。     

基于单片机控制步进电机恒变速系统的设计

各种步进电机专用开发系统,适用于数控机床及某些特定条件及系统。本文通过单片机为开发平台,对步进电机进行控制,主要介绍步进电机控制器、驱动电路和LED显示电路的设计,其中在步进电机控制器的设计中,重点阐述脉冲产生电路以及对速度的控制,实现对步进电机速度精确控制的开发系统。     

基于FuzzyP的多臂机器人机械臂控制系统设计

机械臂是多臂机器人的重要组成部分,针对基于姿态识别控制及位置识别控制系统受到被控量振荡影响,而导致机械臂运动轨迹控制不精准的问题,提出了基于FuzzyP的多臂机器人机械臂控制系统设计;基于FuzzyP控制系统,找到系统控制平衡点,设计系统硬件结构包含3个机械臂,共十八个自由度,简化关节控制器连线,选择直流有刷电机,采用增量型编码器,设计H桥电路,配合74ACT244增强驱动电路,利用NRF24L01无线模块获取与处理位置信息;使用FuzzyP控制器,抑制被控量振荡,控制连杆运动,完成多臂机器人机械臂控制方案设计;由实验结果可知,该系统轨迹与预期轨迹基本一致,较好解决多臂机器人机械臂对接精确定位要求。