网络化嵌入式实时控制器的设计与开发

发布时间：2020-07-13 16:26

【摘要】：目前,控制理论研究者对于复杂对象控制方法的研究大多是通过仿真验证或理论分析,缺乏物理实验系统的验证。因此,为复杂对象控制方法的研究提供一个易于实验的物理实验系统是具有重要意义的。近年来,东北大学自动化研究中心致力于控制理论实验平台的研究与开发,并把快速原型控制器的研究作为整个实验系统研究的核心。本文以此为背景,分析了国内外快速原型控制器的现状,针对高端产品成本高、体积大不适合小型移动实验平台,而小型低端产品功能较弱、不支持网络通信等问题提出了网络化嵌入式实时控制器。本文基于快速原型技术,硬件采用ARM+DSP的双处理器架构,软件上通过RTAI(Real-Time Application Interface)实时化方案实现了嵌入式实时操作系统,完成了对网络化嵌入式实时控制器的设计与开发,最后通过具体实验对该控制器在控制理论实验系统中的各项功能及性能进行了验证,证明了该控制器能够满足快速原型实验系统要求,实现了网络化、低成本、低功耗和体积小的特点。 本文的主要工作内容如下： 1.分析了国内外实时控制器研究和发展现状,总结现有控制器的优缺点,从而提出网络化嵌入式实时控制器的方案。从控制理论实验系统的角度出发,提出快速原型控制器的开发步骤,并依此进行了网络化嵌入式实时控制器的系统总体架构设计、硬件功能结构设计和软件功能结构设计。 2.设计与开发了网络化嵌入式实时控制器硬件系统,包括ARM主控板、DSP数据采集板和电机驱动板的设计与开发。ARM主控板主要实现实时系统运行、数字IO、用户信息交互、网络接口等功能；DSP数据采集板,主要实现模拟信号采集与输出、数字脉冲信号捕获与计数、PWM信号输出等功能。二者通过SPI接口实现双处理器通信。电机驱动板,实现直流电机的PWM驱动电路和DA转换电路。 3.设计与开发了网络化嵌入式控制器的软件系统,包括ARM端与DSP端的软件开发与实现。ARM端软件系统主要通过实现嵌入式实时操作来运行实时代码程序,并基于网络以服务器-客户端模式实现主机与控制器之间实时数据交互。DSP底层软件主要实现对数据采集板各个功能模块的数据采集和处理,以及对驱动板提供驱动信号输出。SPI通信程序实现ARM与DSP的数据通信。 4.通过实验对网络化嵌入式实时控制器的各项功能进行了验证,并对实验结果进行分析和总结。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP273;TP368.1

【参考文献】

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本文编号：2753696