基于zynqsoc的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)-文庫吧資料
2025-06-25 12:43本頁面
【正文】 OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)12實(shí)現(xiàn)參數(shù)、規(guī)則表的整定。模糊控制是利用模糊數(shù)學(xué)的基本思想和理論的控制方法，由于在多軸控制之中，雖然能對各個(gè)電機(jī)建立模型，但對于多個(gè)電機(jī)之間存在耦合關(guān)系之后，模型的建立相當(dāng)困難，并且控制器要求的輸入變量較多，所以使用模糊數(shù)學(xué)處理該控制器較為方便。CortexA9 CPU2 搭載 TOPPERS/ASP 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)傳感器信息采集、通用外設(shè)調(diào)度以及與 ZYNQ SoC 可編程邏輯單元的信息交互。詳細(xì)軟件系統(tǒng)框架如圖 所示。項(xiàng)目針對系統(tǒng)需求進(jìn)行軟/ 硬件協(xié)同劃分。利用可重配置標(biāo)準(zhǔn)接口，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)控制不同類型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。除此之外，本設(shè)計(jì)針對系統(tǒng)硬件進(jìn)行了存儲擴(kuò)展，以提高系統(tǒng)的存儲控制和運(yùn)行速度。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要管理系統(tǒng)的控制任務(wù)，合理分配系統(tǒng)資源。其分別安裝通用操作系統(tǒng)（GPOS, general purpose operating system）和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS, realtime operating system） 。ZYNQ 系統(tǒng)框架如圖 所示。主要包括高密度數(shù)據(jù)處理、控制算法以及基于操作系統(tǒng)的人機(jī)交互和任務(wù)管理系統(tǒng)等。詳細(xì)系統(tǒng)框圖如圖OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)8 所示。多軸串聯(lián)控制器對各個(gè)單軸驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。各軸的實(shí)時(shí)狀態(tài)也通過接口反饋到上位機(jī)，并可以傳遞給 Matlab 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和參數(shù)調(diào)試。通過 Matlab 與 Xilinx 產(chǎn)品的相互支持，設(shè)計(jì)者可以快速確定控制器方案和具體實(shí)施細(xì)節(jié)，包括多軸串聯(lián)控制器、多軸同步控制器、狀態(tài)觀測器等。系統(tǒng)工作原理如圖 所示。與此同時(shí)，本項(xiàng)目將采用嵌入式軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行開發(fā)，借助 ZED 開發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)支撐，力求在開發(fā)效率、開發(fā)成本和系統(tǒng)性能等方面得到全面的優(yōu)化。所以，采用 ZED 開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)多軸同步控制系統(tǒng)，不僅對多軸控制系統(tǒng)的發(fā)展、推廣有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。因此，整個(gè)系統(tǒng)的低功耗和電路的可復(fù)用性也可以實(shí)現(xiàn)。這OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)6樣，基于 Xilinx Zynq7000 系列處理器的 ZED 開發(fā)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一整套多軸同步控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，雙核 ARM CortexA9 處理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)任務(wù)實(shí)時(shí)管理與人機(jī)交互。豐富的外部設(shè)備接口保證 Zynq7000 處理器對系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)觀測。其可編程邏輯單元通過動(dòng)態(tài)可重配置可以實(shí)現(xiàn)不同電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口的連接。Zynq7000 系列處理器基于 Xilinx 可擴(kuò)展處理平臺。在進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率和通用性、降低硬件成本的基礎(chǔ)上，保證系統(tǒng)的完整性，為用戶調(diào)試和使用提供方便。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 3D 效果圖如下圖 所示。我們將雙軸 PMSM 電機(jī)共同連接在一個(gè)較大的齒輪盤上，并在齒輪中央同軸安裝一臺 PMSM 電機(jī)。我們通過設(shè)計(jì)多軸串聯(lián)控制系統(tǒng)，將不同的電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接起來，控制各個(gè)驅(qū)動(dòng)器保持實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)同步。針對上述需求，如何通過改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用高效的開發(fā)方法和工具實(shí)現(xiàn)多軸串聯(lián)控制系統(tǒng)，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和學(xué)術(shù)研究價(jià)值。由于多軸同步控制器參數(shù)整定比較復(fù)雜，需要控制器擁有較強(qiáng)的處理計(jì)算能力，甚至可以支持在線動(dòng)態(tài)參數(shù)整定。為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)間的連接，使得系統(tǒng)可以運(yùn)用于不同的場合，系統(tǒng)需要匹配不同的電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口。OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)4 系統(tǒng)方案傳統(tǒng)數(shù)字處理器實(shí)現(xiàn)多軸串聯(lián)控制器的方案存在諸多限制。系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量成倍降低，并且可以實(shí)現(xiàn)分布式管理。本方案針對上述問題，依托 ZYNQ SoC 豐富靈活的資源配置，將單電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制算法、多軸控制算法、實(shí)時(shí)人機(jī)交互集成于 ZYNQ SoC 中。（4）上位機(jī)負(fù)擔(dān)了大量的計(jì)算、通信和實(shí)時(shí)人機(jī)交互任務(wù)。然而，當(dāng)以下情況發(fā)生時(shí)，上述方案的局限性就會(huì)突顯出來。串聯(lián)協(xié)同和同步控制的計(jì)算處理主要在上位機(jī)中完成。在這些工業(yè)應(yīng)用中，對多臺電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制協(xié)調(diào)的精度需求也不斷增加。隨著數(shù)控技術(shù)等的發(fā)展，高精度的多軸同步控制系統(tǒng)的發(fā)展也OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)3越來越快，需求也在逐漸增大。多位學(xué)者針對不同應(yīng)用對交叉耦合控制方案進(jìn)行了深入的分析，并設(shè)計(jì)控制算法對各個(gè)軸的位置、速度、轉(zhuǎn)矩信號進(jìn)行補(bǔ)償和協(xié)調(diào)。針對上述問題，Y. Koren 于 1980年提出了交叉耦合控制方案，并逐步應(yīng)
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