基于DSP的磁悬浮微动机器人的机理研究

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许多领域如生物工程、微外科手术、扫描探针显微镜、光纤对接、微细加工等精细操作对操作者要求较高,采用微操作机器人能够大大提高操作的精度,保证操作的可靠性,因此这些领域迫切要求提供定位精度和重复精度高的微动操作机器人。 本课题获得了国家自然科学基金资助项目(60205009)和广东省自然科学基金资助项目(000478)资助。 本课题利用磁悬浮力驱动无摩擦、无润滑和高加速度的特点,研究了磁悬浮力驱动的微动高精度机器人的驱动机理。设计了单自由度吸力磁悬浮实验台的结构;采用局部线性化的方法建立了单自由度磁悬浮控制系统的动力学数学模型,运用自动控制理论分析了该系统的稳定性;设计了六自由度磁悬浮微动机器人的结构,并对其荷载进行了分析,分析了它的动力学模型。 为了保证磁悬浮微动机器人控制系统的实时性,完成复杂的控制算法,要求CPIJ的运算速度足够快,因此采用了TI公司的DSP芯片TMS320LF2407A作为控制系统的CPU,设计了以DSP为核心的磁悬浮微动机器人控制系统;在对光电脉冲编码器输入信号的处理上,使用了一片Altera公司的CPLD芯片EPM7128SL84-15来实现输出信号的鉴相、四倍频和计数,并完成了功率放大电路的设计。 将模糊PID控制算法应用于磁悬浮微动机器人的控制之中,求出了模糊PID控制算法的控制表,完成了模糊PID控制器的设计;应用C++语言和DSP的C语言,完成了上位机一计算机和下位机-DSP的软件编写。 本文最后对整个控制系统进行了联调和实验,从实验的结果可以知道,基本上达到了设计要求。
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