基于arm的机器人伺服电机驱动控制器设计

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1、摘要摘要工业机器人正悄然改变着人们的生产和生活方式。广泛采用工业机器人，不仅会提高产品的质量与产量，而且可以保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料以及降低生产成本。伺服驱动器是工业机器人的关节驱动器，是工业机器人的关键技术之一。因此，研究高性能的伺服驱动器具有重要的理论和实际意义。本课题源于企业研究生工作站的工业机器人项目。本文首先介绍了工业机器人伺服驱动器的研究背景和意义，以及伺服驱动器的发展趋势和控制策略。经过分析，采用永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC

2、)系统作为工业机器人的伺服驱动系统。文章从永磁同步电机的结构特点以及数学模型出发，详细地介绍了永磁同步电机传统直接转矩控制策略的原理，并分析了永磁同步电机传统直接转矩控制系统。在此基础上介绍了基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的直接转矩控制系统的原理，并推导SVPWM算法实现过程。然后在MATLAB/SIMULINK环境下建立仿真模型，对两个系统进行仿真研究并对比仿真结果。在分析永磁同步电机直接转矩控制系统中存在的一些问题之后，本文在基于空间矢量调制的框架内，设计了一种新型的滑模变结构直接转矩

3、控制(VSS-DTC)方法。并构建了新的永磁同步电机直接转矩控制系统，仿真结果表明，改进后系统具有良好的调速性能，转矩脉动也大大减小。文章的最后在恩智浦的ARM芯片LPC4337JET256的基础上对伺服驱动系统进行了硬件和软件设计，硬件部分包括主电路、检测电路、隔离及保护电路等，软件部分则给出主程序及中断程序的程序流程图，并完成了滑模变结构控制的算法实现框图。最后对机器人伺服驱动系统进行了实验研究，研究结果表明系统具有良好的动静态性能。关键词工业机器人；伺服驱动；永磁同步电机；直接转矩控制；滑模

4、变结构控制67Abstract67AbstractAbstractIndustrialrobotsarequietlychangingpeople'sproductionandlife.Byusingindustrialrobots,notonlyimprovesthequalityandyieldofproducts,butalsotoprotectthepersonalsafety,improvetheworkingenvironment,reducelaborintensityandimpr

5、ovelaborproductivity,saverawmaterialsandreduceproductioncosts.Theservodriveisthedrivejointofindustrialrobot,isoneofthekeytechnologiesofindustrialrobots.Therefore,theresearchofhigh-performanceservodriveshasimportanttheoreticalandpracticalsignificance.T

6、hispaperintroducesthebackgroundandsignificanceofindustrialrobot’sservodriveresearchandservodrivesdevelopmenttrendsandcontrolstrategyatfirst.Thispaperusesapermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)directtorquecontrol(DTC)systemasanindustrialrobotservodrives

7、ystem.Fromthestructuralcharacteristicsandthemathematicalmodelofpermanentmagnetsynchronousmotor,thedetaileddescriptionoftheprinciplesoftraditionalpermanentmagnetsynchronousmotordirecttorquecontrolsystem,andanalyzesthetraditionalpermanentmagnetsynchrono

8、usmotordirecttorquecontrolsystem.Onthisbasis,introducestheprincipleofdirecttorquecontrolsystembasedonspacevectorpulsewidthmodulation(SVPWM)andSVPWM’salgorithmderivationprocess.ThenbuildasimulationmodelinMATLAB/SIMULINKenvironment,simulatetwosy