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基于FPGA交流伺服定位控制系统的研究

更新时间：2020-03-31 20:19:23 大小：5M 上传用户：zhiyao6 查看TA发布的资源 标签：fpga 交流伺服定位控制系统 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

传统的PID算法因控制器运算速度过慢存在超调量，不能适用于传动部件间隙大的在一些仪器(百分表)和特殊设备(数控机床)上。为提高控制器的运算性能，常采用单片机、DSP等控制系统的芯片为核心并通过软件形式设计实现，然而此方式具有开发周期长、性价比低等缺点。

本文以前人在运动控制中应用FPGA技术的研究工作为基础，针对自动定位系统存在超调量等问题进行研究，以交流伺服电机作为研究对象，采用自顶向下设计思想，以FPGA作为控制芯片设计数字电路，搭建了一种基于PC+FPGA的高精度运动控制系统，并对实验测试平台的重复定位精度、定位性能等方面进行了性能测试，目的是研制一种能单向逼近目标位置的高精度定位系统。论文主要完成了以下工作：

(1)分析对比了伺服电机和步进电机性能特性、各种运动控制主控结构的优缺点，并综合运动控制系统精度及其性价比等多种因素，提出了基于PC+FPGA交流伺服闭环控制系统的实现方案；

(2)分析了运动控制系统中各模块的特性，并对运动控制系统各硬件模块(电机、电机驱动器、精密线性导轨、光栅等机械器件)的进行了选型，为实现高精度，各部件都以高精度的标准来选择，是后续实现高精度系统的基础；

(3)设计、仿真了基于FPGA数字硬件电路系统。针对硬件模块的选型，以FPGA作为交流伺服系统控制的核心器件，以QuartusⅡ作为开发环境，采用Verilog HDL语言自顶向下的设计方法，设计并仿真了可选参数PID控制器、总线接口、光栅信号处理、PWM发生器及辅助控制等部分模块功能，主要负责运动控制算法及运动规划等工作，并对速度和方向信号的输出、光栅信号进行处理，且还需通过串行总线与上位机PC进行通讯；

(4)搭建、测试了交流伺服运动控制实验测试平台。针对实验平台特性，对伺服驱动器、可选参数PID控制器进行了调试，使电机能平稳运行；并对平台进行了重复定位精度、定位性能等方面的性能测试，结果表明，采用可选参数PID控制器，其系统特性优于固定参数PID控制器，系统的重复性较高，其定位误差在[-3，+3](μm)。

本文开发的基于FPGA的高精度定位系统以FPGA实现运动控制功能，充分利用FPGA资源等，具有高精度、响应快、...