基于以太网通信的电液伺服实验台控制器研发

发布时间：2017-09-11 22:29

  本文关键词：基于以太网通信的电液伺服实验台控制器研发

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【摘要】：控制器是电液伺服控制系统的核心环节，是完成控制算法的关键，其性能的优劣直接影响系统的响应速度与控制精度。传统控制器多采用串口、现场总线等通信方式，速率普遍较低，难以迎合控制器的高速发展方向。针对此种现象，本文以哈尔滨理工大学机电液一体化技术与产品研究所的电液伺服实验台为控制对象，设计一种基于以太网通信的电液伺服控制器，可实现电液位置系统的闭环控制，并具有与上位机快速通信的功能。本文根据电液伺服实验台控制器的功能需求，提出控制器的总体设计方案，，分别从硬件、软件及控制算法三方面进行设计。 针对控制器的硬件功能需求，将控制器划分为信号采集模块、伺服阀驱动模块和以太网通信模块。以浮点型DSP为核心处理器，设计DSP的电源及时钟电路、A/D信号采集电路、D/A转换电路、V/I转换电路以及以太网通信电路。在DSP的开发环境CCS中，用C语言开发A/D、D/A、以太网通信的软件驱动及主程序。设计一种基于模糊规则切换的Fuzzy-PID复合控制算法，在小范围偏差内实行PID控制以保证系统的稳态特性；在大范围偏差内实行模糊控制以调节系统震荡。 对所设计控制器的各模块进行实验验证，验证电液伺服实验台控制器各功能模块能完成相应的功能。并对比PID控制、模糊控制和基于模糊规则切换的Fuzzy-PID复合控制这三种算法下电液伺服实验台的阶跃响应。 结果表明基于模糊规则切换的Fuzzy-PID复合控制器的控制性能最优。基于以太网通信的电液伺服实验台控制器，对改善电液伺服系统的通信速率及控制性能具有重要的工程应用价值。
【关键词】：电液伺服系统 控制器 以太网通信 Fuzzy-PID复合控制
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273;TP393.11
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 电液伺服控制技术概述12-15
• 1.2.1 电液伺服控制系统的组成及原理12
• 1.2.2 电液伺服控制系统的发展12-13
• 1.2.3 电液伺服控制器的研究现状13-15
• 1.3 以太网的发展及现状15-16
• 1.4 主要研究内容16-17
• 第2章 电液伺服实验台控制器硬件电路设计17-30
• 2.1 电液伺服实验台控制器的总体方案设计17-18
• 2.2 核心控制单元的选用与设计18-20
• 2.2.1 控制器核心 DSP 电源电路设计19-20
• 2.2.2 DSP 时钟电路设计20
• 2.3 位移信号采集电路设计20-21
• 2.3.1 A/D 芯片的选取21
• 2.3.2 AD7606 与 F28335 的接口电路21
• 2.4 伺服阀驱动模块21-24
• 2.4.1 D/A 芯片的选取22-23
• 2.4.2 AD5754R 与 F28335 的接口电路23-24
• 2.4.3 V/I 转换电路设计24
• 2.5 通信模块24-29
• 2.5.1 以太网通信方案25
• 2.5.2 网卡芯片的选取25-27
• 2.5.3 W5300 与 F28335 的接口电路27-28
• 2.5.4 RJ45 网络接口28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 电液伺服实验台控制器软件开发30-43
• 3.1 CCS 简介30
• 3.2 AD7606 的软件设计30-32
• 3.3 AD5754R 的软件设计32-33
• 3.4 W5300 软件设计33-41
• 3.4.1 W5300 复位34
• 3.4.2 W5300 初始化34-37
• 3.4.3 SOCKET0 初始化37-39
• 3.4.4 数据接收39-40
• 3.4.5 数据发送40
• 3.4.6 关闭端口40-41
• 3.5 DSP 主程序设计41-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第4章 电液伺服实验台控制器的控制算法设计43-54
• 4.1 PID 控制器的设计43-46
• 4.1.1 PID 控制器的结构43-44
• 4.1.2 数字 PID 控制44-45
• 4.1.3 PID 的控制策略45-46
• 4.2 模糊控制器的设计46-48
• 4.2.1 模糊控制器的结构46-47
• 4.2.2 模糊控制隶属度函数47-48
• 4.2.3 模糊控制规则48
• 4.3 Fuzzy-PID 复合控制器设计48-52
• 4.3.1 基于修正因子的模糊控制器设计49-51
• 4.3.2 模糊切换方案设计51
• 4.3.3 仿真研究51-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第5章 控制器功能与算法验证54-60
• 5.1 实验设备54
• 5.2 电液伺服实验台控制器功能验证54-58
• 5.2.1 控制器的以太网通信功能验证55-56
• 5.2.2 控制器的 A/D 信号采集功能验证56
• 5.2.3 控制器 D/A 输出功能验证56-58
• 5.3 模糊 PID 复合控制算法验证58
• 5.4 本章小结58-60
• 结论60-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文64-65
• 致谢65

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 郑军红;;C语言程序“共用体”概念分析与应用[J];软件导刊;2009年09期

2 严庆伟;;工业以太网的发展[J];中国水运(学术版);2007年01期

3 王q

本文编号：833437