基于arm的微型电缸控制系统研究

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1、分类号TP29密级公开UDC621编号10299Z1303024基于ARM的微型电缸控制系统研究RESEARCHOFMINIATUREELECTRICCYLINDERCONTROLSYSTEMBASEDONARM作者姓名刘金珊指导教师付永忠副教授申请学位级别工程硕士专业名称机械工程论文提交日期2016年4月论文答辩日期2016年6月学位授予单位和日期江苏大学2016年6月答辩委员会主席评阅人2016年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果．除文

2、中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料．对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明．本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担．学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文．本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，

3、允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询．论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密□．学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日基于ARM的微型电缸控制系统研究RESEARCHOFMINIATUREELECTRICCYLINDERCONTROLSYSTEMBASEDONARM专业名称机械工程姓名刘金珊指导教

4、师付永忠副教授江苏大学2016年6月江苏大学硕士学位论文摘要随着自动化控制的不断发展，气缸、液压缸到电动缸的更新换代标志着国内外自动化水平的不断提高。较之气缸与液压缸，电缸使用伺服电机作为动力源，拥有控制精度高、结构简单、维护方便等优势，因此广泛应用于军事、医疗、家庭生活等诸多方面，逐渐成为相关领域学者关注的焦点。然而，国内对大型电缸的研发与国外相比差距较大，目前主要处于装配生产阶段，但对微型电缸的研究却有一些收获。纵观国内外，微型电缸的控制方案主要有：51/AVR/PIC等普通单片机控制、DSP控制

5、、PLC控制和PC机+运动控制卡控制。这些控制方案都因各自的缺点而局限了它们的通用性。因此，本文提出了一种基于ARM架构的新型控制方案，该方案结合了上述控制方案的优点，并有很强的通用性。首先，对比现有微型电缸控制方案，提出了一种基于ARMCortex-M3微处理器为核心的控制系统，并分析该控制系统的工作原理。其次，对微型电缸的主要零部件进行选型。本文驱动电机采用噪音小，位置精度高的无刷直流电机，并阐述了它的工作原理和换相过程；传动元件采用精度高，传动平稳的滚珠丝杆；检测元件采用既能检测电机的转速又能检

6、测位置信息的光电编码器。然后，搭建控制系统硬件平台，设计了外围电路，主要包括功率驱动电路、逆变电路、光电编码器电路、电源电路和串口通信电路。同时，搭建控制系统软件平台，移植了uClinux操作系统，并详细阐述了微型电缸控制系统uClinux的移植过程。设计了系统各个功能模块。此外，对微型电缸控制系统以及无刷直流电机等各个模块建模。并在MATLAB/Simulink建立仿真模型，利用PID控制及模糊自整定PID控制算法对比仿真，从仿真曲线可以得到，模糊自整定PID明显优于常规PID控制。最后，在样机上对

7、微型电缸进行实验验证，从数据可以得出本控制系统具有良好的稳定性和较高的控制精度。本文研究设计的微型电缸控制系统能够精确的实现微型电缸的定位，并且设计成本低廉，对国内外微型电缸控制的研究作出了一定贡献。关键词：微型电缸，ARM，uClinux移植，MATLAB/Simulink仿真，PID控制I江苏大学硕士学位论文ABSTRACTThedevelopmentofautomationfromthebeginningtonowhastwohundredyearshistory.Fromthecylinder

8、tothehydrauliccylinderandtoelectriccylindertoday,thisrepresentedtheimprovementofautomationlevels.Comparedwiththecylinderandahydrauliccylinder,electriccylinderiswidelyusedinmilitary,medicalandevenaspectsoffamilylifeduetohavinghigh