【摘 要】
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六自由度并联机构的特点是刚度大、精度高、承载力大,因此六自由度并联机构在力觉再现设备,车辆及飞行器的硬件在环模拟和测试设备上具有广泛的应用。与传统的串联机构相比,并联
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六自由度并联机构的特点是刚度大、精度高、承载力大,因此六自由度并联机构在力觉再现设备,车辆及飞行器的硬件在环模拟和测试设备上具有广泛的应用。与传统的串联机构相比,并联机构具有结构复杂、运动空间小、位置逆解难,驱动控制电路复杂、运动控制算法开发难度高等特点。因此控制电路作为其开发的中间环节尤为重要。首先,本文分析了采用不同执行器件的六自由度运动平台的优缺点,阐述了气动并联机构平台的研究意义,综述了气动伺服的国内外研究现状,并介绍了本课题主要的研究内容。其次,本文阐述了基于现场可编程门阵列(FPGA)气动伺服的工作原理和组成结构,并对气动系统的执行器、电磁阀进行了选型。介绍了FPGA的架构及发展应用,详细描述了FPGA的软硬件开发流程。再次,介绍了气动控制系统硬件的总体设计,研究了磁阻位移传感器的测量机理及信号采集。阐述高速开关电磁阀在气动系统的应用,对开关电磁阀的静态特性及动态特性进行了分析,进而设计开关阀的功率驱动电路。对气动控制电路的其他外围电路设计进行简要介绍。接着,在确定板级系统设计方案上,采用FPGA开发软件QuartusII对器件进行逻辑设计。分析细分辩向原理并进行逻辑功能的实现。介绍了PWM信号产生机理及电路结构,并设计适合FPGA实现的PWM模块。对于气动伺服控制,开发基于FPGA的定点增量式PID控制模块。对上述逻辑电路逐一进行仿真及功能验证,最终确定逻辑结构的总体方案。
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