仿生眼球用步进电机驱动控制系统研究

发布时间：2017-11-24 18:15

本文关键词：仿生眼球用步进电机驱动控制系统研究

【摘要】：给机器人、视觉设备乃至有视觉障碍的人类配备具有人眼功能的仿生眼一直是科学家们追求的梦想,该项技术的研究不仅能够提升机器设备的视觉能力还能帮助残障人士重获光明。仿生眼的研究是一项具有挑战性的综合类课题。本文从仿生眼运动系统入手,深入研究并设计了仿生眼用步进电机驱动控制系统,具有重要的理论意义与现实价值。本文的主要研究内容如下：第一部分综述了仿生眼的国内外研究进展,对仿生眼的结构、平台、控制算法、驱动元件进行论述,并分析提炼出了本文的设计思路。首先,摄像机、机械结构和电机驱动三者进行一体化设计的仿生眼平台是目前较为可行的仿生眼运动平台方案；其次,混合式步进电机是目前性能较为突出且易于实现的可以作为仿生眼运动机构的驱动元件。在得出以上两点后,本文对混合式步进电机驱动技术的发展进行了总结,明确了采用混合式步进电机作为仿生眼运动机构驱动元件的理论意义与实用价值。第二部分介绍了混合式步进电机的基本结构,建立了混合式步进电机的数学模型并且应用Ansoft软件仿真分析了应用定转子不等齿距设计的混合式步进电机在消除定子电流谐波上的作用。该部分的研究深入分析了步进电机在物理和数学上的特性,为混合式步进电机驱动技术的研究奠定了基础。第三部分首先分析了各种步进电机驱动技术的方案,研究发现细分步进驱动具有优越的动态性能以及较高的步距精度,应用该方案理论上能获得较好的转矩性能,在降低发热、噪音以及振动上都有较好的表现。其次,对细分步进驱动方案进行具体分析,提出了以改进型固定频率PWM电路实现细分步进驱动的方案。第四部分运用Simulink软件对改进型固定频率PWM细分步进驱动进行了仿真研究,分析了细分步进驱动下的电路运行状态以及各种续流方式对绕组电流的影响并得出采用混合式续流方案最优的结论。第五部分针对仿生眼的应用要求,设计了仿生眼用步进电机驱动控制系统的硬件和软件。该系统硬件部分采用Atmel公司的AVR atmegal6单片机作为主控制器以及集成驱动芯片Drv8834作为驱动电路的架构,其结构紧凑、体积微小,能够实现以细分步进方式驱动步进电机的功能。此外该系统还设计了外部控制机以命令方式远程控制该驱动控制系统,用来测试该驱动控制系统的性能。软件部分采用模块化的编程方式编写了各个功能模块,如：电机驱动程序、通讯程序、外设驱动程序等,方便主程序调用。整体程序框架具有较好的扩展性和移植性。第六部分对样机进行了测试,主要对驱动控制系统各个硬件的基本功能进行测试,如通信功能、电源性能以及电机运行的性能指标,实验结果表明该方案达到了预期效果；最后通过对系统的整体测试结果表明该驱动控制系统能够满足仿生眼对运动功能的要求,使用效果具备简易、方便的特点。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM383.6

【参考文献】

中国期刊全文数据库前7条

1 陈士进;朱学忠;;步进电动机系统驱动与控制策略综述[J];电机技术;2007年06期

2 李超;谢少荣;李恒宇;汪东;罗均;;基于参数优化的球面并联机构仿生眼设计[J];机器人;2010年06期

3 周尊源,S·M·欧文斯;正弦波细分步进电机微步驱动器[J];微特电机;1997年05期

4 王成江,王安敏,张玉华;步进电机细分驱动控制系统[J];微特电机;2003年03期

5 张加胜;滞环电流跟踪控制的开关频率[J];西安石油学院学报(自然科学版);1998年02期

6 韩光鲜,王宗培,程智,里见博文;混合式步进电动机非线性仿真模型的精确化[J];中国电机工程学报;2002年05期

7 毛晓波;陈铁军;;视觉仿生控制研究综述[J];中国生物医学工程学报;2013年01期

中国硕士学位论文全文数据库前2条

1 李玲娟;多细分二相混合式步进电机驱动器的研制[D];西北工业大学;2007年

2 王志宇;两相混合式步进电动机驱动控制系统研究[D];沈阳工业大学;2008年