基于ARM+FPGA的码垛机器人运动控制系统研究

发布时间：2020-12-28 23:02

　　码垛机器人作为工业生产中重要的搬运工具,极大地提高了生产效率,而运动控制系统是其最核心的部分。ARM处理器具有成本低、功耗低、运行速度快和外部资源丰富等优点,而FPGA处理器具有数据处理速度快、可实时在线编程和可靠性高等优点。为了克服传统码垛机器人控制精度低和运行效率不高等缺点,对基于ARM+FPGA的码垛机器人的运动控制系统展开研究,对推动码垛机器人技术向前发展有着重大意义。本文将圆柱坐标型码垛机器人作为研究对象,并根据它的机械结构和作业要求,选取ARM和FPGA作为硬件平台,构建以ARM+FPGA为核心的码垛机器人运动控制系统,采用模糊PID位置控制算法实现对伺服电机组的协同控制。本文的主要研究内容如下:（1）对比了几种码垛机器人的控制系统框架,结合圆柱坐标型码垛机器人的机械结构和控制要求,构建了一种以ARM和FPGA为控制核心的运动控制系统,并采用模糊PID位置控制算法实现对伺服电机组的协同控制。在控制系统中,ARM主要负责通讯处理,电机加减速计算,而FPGA的任务主要是对伺服电机组进行实时控制。（2）针对ARM+FPGA的码垛机器人运动控制系统方案,对运动控制系统模型进行了推导... 

【文章来源】：湖南工业大学湖南省

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 码垛机器人的控制系统的现状
    1.4 论文的主要研究工作及其结构
第二章 码垛机器人运动控制系统的总体方案设计
    2.1 几种运动控制方案比较
    2.2 码垛机器人机械结构
    2.3 系统总体设计方案
        2.3.1 运动控制系统结构设计
        2.3.2 伺服电机控制器设计
    2.4 系统软硬件选择
        2.4.1 ARM简介与选型
        2.4.2 FPGA简介与选型
        2.4.3 ARM系统操作系统的选择
    2.5 本章小结
第三章 模糊PID位置控制器模型及仿真
    3.1 PID控制
        3.1.1 PID控制原理
        3.1.2 数字PID控制原理
        3.1.3 PID控制器参数整定
    3.2 伺服电机控制器设计
        3.2.1 电流环PI控制器的设计
        3.2.2 速度环PI控制器的设计
        3.2.3 位置环控制器的设计
    3.3 模糊控制
    3.4 模糊PID位置控制器设计
        3.4.1 模糊PID设计原理
        3.4.2 模糊PID控制器结构设计
        3.4.3 控制器输入输出的确定
        3.4.4 确定各变量的量化等级、模糊子集以及隶属度函数
        3.4.5 确立模糊控制规则和模糊推理
        3.4.6 解模糊化
    3.5 模糊PID控制的MATLAB仿真
    3.6 本章小结
第四章 模糊PID位置控制器的FPGA设计
    4.1 FPGA的设计流程
    4.2 模糊PID位置控制器模块的设计与实现
        4.2.1 误差生成模块
        4.2.2 模糊量化与地址生成模块
        4.2.3 查表生成模块
        4.2.4 查表输出模块
        4.2.5 参数处理模块
        4.2.6 PID运算模块
        4.2.7 模糊PID控制器整体测试
    4.3 本章小结
第五章 ARM微处理器管控系统设计
    5.1 控制系统QT界面设计
    5.2 ARM与 FPGA接口设计
    5.3 加减速模块的设计
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士期间主要研究成果
致谢



本文编号：2944532