姬宣德-基于dsp用插补法实现的运动轨迹跟踪控制实现

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1、基于DSP用插补法实现的运动轨迹跟踪控制（洛阳理工学院电气工程与自动化系河南洛阳471023）姬宣德，蒋建虎摘要：本文以插补法为控制算法，利用DSP控制器实现了圆轨迹跟踪的运动控制。实验结果表明在误差范围内实现了对圆轨迹曲线的跟踪控制，并对其误差产生原因进行详细的分析。关键词：步进电机DSP插补法中图分类号：TP183；TM342文献标识码：A0绪论运动轨迹控制广泛应用于航天、军工、机器人控制、数控机床及其计算机辅助设计等领域的控制，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量技术的不断发展和应用，运动轨迹控制在各领域特别在制造业，正向高速度、高精度、多功能、智能化、开放型以及高可靠性等方

2、面迅速发展。悬挂运动轨迹控制系统是一个电机控制系统，控制物体在倾斜（仰角≤100度）的板上运动在—白色底板上，固定两滑轮，两个步进电机（固定在板上）通过穿过滑轮的吊绳控制—物体（滑块）在板上运动，运动范围为80cm×100cm。物体（滑块）上固定有浅色画笔，以便运动时能在板上画出圆的运动轨迹；悬挂运动轨迹控制系统本质上是一个闭环控制的无位置传感器随动系统，必须实时计算在板上运动的物体（滑块）的当前位置（坐标）及与圆轨迹圆心的长度（圆的半径），而位置计算及半径长度模型算法比较复杂，因此需要运算速度快、处理能力强的控制器。TMS320LF2407ADSP控制器是一款16位的微处理器，作为电机控

3、制专用芯片，极快的运算速度，25ns的单指令周期为实时控制系统提供了良好的硬件基础。基于C语言的软件编程为实现复杂的位置计算及半径长度算法则提供了良好的软件基础。1系统工作原理及控制思想1.1系统工作原理DSP控制器首先利用位置算法模型计算出物体（滑块）在坐标系下的当前位置，然后计算出与圆形圆心坐标的长度，判断出物体（滑块）在圆形轨迹曲线位置（圆内或者圆外），并且计算出物体（滑块）坐标在以圆形轨迹圆心为坐标原点的坐标系下的区间，根据以上信息生成控制信号经过I/O输出，由于2407ADSP控制器属于低功耗控制器，需要把3.3V的电平信号利用（SN74C04N）3.3/5.0V电压转换芯片转换

4、成5.0V的电平信号，通过（ULN2803）功率驱动芯片驱动两个步进电机。这就是系统的工作原理。图1是悬挂运动控制系统的工作原理结构图。图1控制系统工作原理结构图1.2系统控制思想图2是系统的工作原理示意图。本系统利用插补算法来实现圆轨迹的跟踪，从图2可以看出，物体（滑块）位置要么处在圆形轨迹曲线内，要么处在圆形轨迹曲线外，再根据（滑块）位置在以圆形轨迹圆心为坐标原点的坐标系下所处的区间，就可以指令步进电机进行运动从而使移动物体（滑块）沿着圆形轨迹运动，实现圆轨迹的跟踪控制。例如，如图2所示，物体（滑块）位置与圆形圆心之间的长度为，，物体（滑块）在圆形轨迹之内；通过区间判断公式知道在坐标系

5、的2区间，又由于是顺时针圆轨迹跟踪，这时应该使步进电机1收线使缩短。这样，物体（滑块）在重力的作用下，以B点为圆心，以为半径，做圆弧运动；一旦，物体（滑块）位置处在圆形轨迹曲线外，则使步进电机2收线使缩短。这样根据在不同的坐标区间及半径长度来确定步进电机的移动方式，从而实现龟形轨迹控制。为了避免控制位置不准确，两个步进电机在同一时刻不同时运行。的计算：；的计算：的计算：的计算：这里，都是已知量，而可以通过公式求出来。2硬件设计整个控制系统由DSP控制器、数码显示、键盘给定、SN74C04N（电压转换芯片）、ULN2803（功率驱动芯片）、步进电机组成。数码显示：用于显示物体（滑块）的当前位

6、置；键盘：用于给定位置；SN74C04N：电压转换芯片，用于把DSP控制器输出的3.3v电压转换成5.0V电压；电压转换芯片的引脚为输入信号，为输出信号。与DSP芯片的输出引脚相连，分别与功率驱动芯片的1、2、3、4引脚相连作为输出信号。ULN2803：功率驱动芯片，用于放大DSP控制器输出信号以驱动步进电机；功率驱动芯片是将输入5V电压转换为12V电压输出，以驱动步进电机动作。步进电机：作为执行机构，拖动物体（滑块）运动。3软件设计软件设计由主程序和中断服务程序组成。主程序完成系统初始化设置、输出显示、检测给定输入、等待中断；初始化流程设置通用定时器控制寄存器T1/2CON并启动定时器；

7、中断服务子程序任务就是首先计算滑块在坐标系下的当前位置，接着计算出的长度，然后算出，再利用区间判断公式判断出物体（滑块）位置在坐标系下的区间，根据的正负和所在区间来决定滑块怎样运动，同时计算当前的，以被下一个控制周期使用。等待下一次中断。中断服务子程序流程图如图4所示。图2系统的工作原理示意图图3控制系统硬件组成原理图4实验结果分析及结论图5是利用此系统跟踪圆轨迹的结果实验图。从图中可以看出，在可以误差范围内，实现了对圆