伺服转台控制系统的实现及摩擦补偿研究

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转台控制的核心技术是控制器的设计与实现。随着制造工艺的提升和电子元器件技术的发展,伺服控制系统的控制性能也越来越高。目前,基于ARM、DSP、FPGA等控制核心的数字控制器已经大范围应用在转台控制系统中。这些数字控制器普遍具有丰富的外设接口,可以进行复杂的运算,可以适应转台控制系统的各种要求。本文以TI公司的TMS320F28335为控制器核心,进行了转台控制器的设计和摩擦补偿问题的研究。本文先对实验转台进行了数学模型的参数整定,并对整个系统的硬件设备进行了介绍。控制器的硬件电路设计,主要包括控制器、驱动两大部分,控制器即基于TMS320F28335的控制电路的设计,主要完成编码器信号读取电路、上下位机通信电路、PWM信号输出电路的设计,驱动采用双极性H桥PWM驱动。控制器的软件设计与实现,是利用DSP的e QEP模块测量转台的转速和位置,用e PWM模块生成PWM驱动信号,用SCI模块实现控制器和上位机的通信。转台转速的测量,比较了T法和M法测量方法的特点和适用范围,在上位机通信的软件设计中,主要考虑了软件通信的实时性和传输误码等问题。为了实验结果观察的方便,利用Matlab GUI设计了上位机界面,可以通过上位机对转台实时状况进行观测并可利用上位机向控制器实时发送控制指令。高精度伺服转台主要工作在低速条件下,摩擦干扰会对转台的精确性造成很大的影响,本文最后对摩擦补偿问题进行了研究。常见的摩擦模型有粘性摩擦模型、Stribeck摩擦模型、Lu Gre摩擦模型等,考虑到动态摩擦模型参数整定的复杂性,本文用经典的粘性摩擦模型对摩擦力矩进行近似拟定,并利用顺馈加PID算法的复合控制策略对摩擦干扰进行补偿,仿真和实际系统测试都证明了该复合控制策略对摩擦干扰有抑制作用。
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