安防摄像头电动云台伺服驱动器的设计与实现
发布时间：2023-07-24 21:24
近几年随着摄像头图像传感器技术的快速发展,人们对摄像头在安防上所起的作用有了新的认识,安防摄像头在反恐维稳上起到了决定性的作用。而电动云台在安防领域中扮演着重要的角色,它能够稳定摄像头,并让摄像头的视角按照指令左右和上下运动,以获取更清晰的目标图像。随着近几年全球社会治安的恶化,各国对安防摄像头和电动云台的需求量猛增,同时对电动云台的性能也有了更高的要求,因此构建一个旋转快速、定位精准、又能长时间稳定工作的电动云台是提升安防摄像头图像质量的一个技术关键。而力矩电机伺服系统是一种精度高、快响应和功率密度大的新型永磁电机系统,而伺服电机和驱动器的小型化使它们嵌装到电动云台中成为可能,从而将大幅提升电动云台的性能。本文首先从安防摄像头电动云台技术要求出发,设计并实现了一种双轴力矩伺服电机驱动器,它以FPGA为控制核心,实现了一台驱动器同时对两个伺服电机同步驱动控制,有效缩小了驱动器的体积;在FPGA内部设计了双轴伺服系统运动控制逻辑,以替代驱动器外部的伺服轨迹控制器,进一步减小了整个伺服系统的体积;STM32作为协处理器,用于多路电源控制、外部通信和负责浮点运算,有效提高了系统可靠性和性能;...
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 安防摄像头电动云台伺服驱动器研究现状和发展趋势
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 发展趋势
1.3 安防摄像头电动云台伺服驱动器简介
1.3.1 安防摄像头电动伺服云台的组成
1.3.2 安防摄像头电动云台伺服驱动器的控制方法
1.3.3 安防摄像头电动云台技术要求
1.4 课题的来源和论文结构安排
1.4.1 课题来源
1.4.2 论文内容及框架
第2章 安防摄像头电动云台伺服驱动器硬件设计
2.1 系统硬件总体结构
2.2 电源电路设计
2.2.1 EMC及防过流过压拓扑
2.2.2 母线电压整流及控制电路
2.2.3 母线电压检测电路
2.2.4 辅助电源设计
2.3 主控电路设计
2.4 通信电路设计
2.4.1 上位机通信电路
2.4.2 伺服电机编码器通信
2.5 逆变功率电路
2.5.1 数字电隔离
2.5.2 IGBT桥
2.5.3 IGBT桥驱动
2.5.4 纯电阻式伺服电机相电流采样电路
2.6 本章小结
第3章 伺服云台驱动器主控逻辑设计
3.1 主控逻辑框架
3.2 外部信号处理
3.3 相电流采集
3.3.1 相电流数字滤波
3.3.2 相电流中值判断
3.4 增量式编码器解码
3.5 单轴工作时基
3.6 单轴控制逻辑
3.6.1 电流环
3.6.2 速度环
3.6.3 位置环
3.7 用户脉冲解码
3.8 FSMC通信
3.9 双轴伺服系统运动控制逻辑
3.10 本章小结
第4章 μC/OSII嵌入式系统设计
4.1 μC/OSII系统简介
4.2 μC/OSII系统移植
4.3 μC/OSII任务设计
4.3.1 μC/OSII系统中任务框架
4.3.2 FSMC通信
4.3.3 电子齿轮比计算
4.3.4 电源管理
4.3.5 上位机通信
4.3.6 双轴伺服系统运行数据管理
4.4 本章小结
第5章 实验测试与结果分析
5.1 系统测试平台
5.1.1 测试框架
5.1.2 上位机平台
5.1.3 硬件平台
5.2 辅助电源测试
5.3 逆变功率电路测试
5.4 软件测试
5.4.1 纯电阻相电流数字滤波测试
5.4.2 FSMC通信测试
5.5 系统指标测试
5.5.2 电流环测试
5.5.3 速度环测试
5.5.4 位置环测试
5.5.5 位置环加负载定位用时测试
5.6 本章小结
第6章 系统实现与结果分析
6.1 课题总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3836553
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 安防摄像头电动云台伺服驱动器研究现状和发展趋势
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 发展趋势
1.3 安防摄像头电动云台伺服驱动器简介
1.3.1 安防摄像头电动伺服云台的组成
1.3.2 安防摄像头电动云台伺服驱动器的控制方法
1.3.3 安防摄像头电动云台技术要求
1.4 课题的来源和论文结构安排
1.4.1 课题来源
1.4.2 论文内容及框架
第2章 安防摄像头电动云台伺服驱动器硬件设计
2.1 系统硬件总体结构
2.2 电源电路设计
2.2.1 EMC及防过流过压拓扑
2.2.2 母线电压整流及控制电路
2.2.3 母线电压检测电路
2.2.4 辅助电源设计
2.3 主控电路设计
2.4 通信电路设计
2.4.1 上位机通信电路
2.4.2 伺服电机编码器通信
2.5 逆变功率电路
2.5.1 数字电隔离
2.5.2 IGBT桥
2.5.3 IGBT桥驱动
2.5.4 纯电阻式伺服电机相电流采样电路
2.6 本章小结
第3章 伺服云台驱动器主控逻辑设计
3.1 主控逻辑框架
3.2 外部信号处理
3.3 相电流采集
3.3.1 相电流数字滤波
3.3.2 相电流中值判断
3.4 增量式编码器解码
3.5 单轴工作时基
3.6 单轴控制逻辑
3.6.1 电流环
3.6.2 速度环
3.6.3 位置环
3.7 用户脉冲解码
3.8 FSMC通信
3.9 双轴伺服系统运动控制逻辑
3.10 本章小结
第4章 μC/OSII嵌入式系统设计
4.1 μC/OSII系统简介
4.2 μC/OSII系统移植
4.3 μC/OSII任务设计
4.3.1 μC/OSII系统中任务框架
4.3.2 FSMC通信
4.3.3 电子齿轮比计算
4.3.4 电源管理
4.3.5 上位机通信
4.3.6 双轴伺服系统运行数据管理
4.4 本章小结
第5章 实验测试与结果分析
5.1 系统测试平台
5.1.1 测试框架
5.1.2 上位机平台
5.1.3 硬件平台
5.2 辅助电源测试
5.3 逆变功率电路测试
5.4 软件测试
5.4.1 纯电阻相电流数字滤波测试
5.4.2 FSMC通信测试
5.5 系统指标测试
5.5.2 电流环测试
5.5.3 速度环测试
5.5.4 位置环测试
5.5.5 位置环加负载定位用时测试
5.6 本章小结
第6章 系统实现与结果分析
6.1 课题总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3836553
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