【摘要】：目前,控制理論研究者對(duì)于復(fù)雜對(duì)象控制方法的研究大多是通過(guò)仿真驗(yàn)證或理論分析,缺乏物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的驗(yàn)證。因此,為復(fù)雜對(duì)象控制方法的研究提供一個(gè)易于實(shí)驗(yàn)的物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是具有重要意義的。近年來(lái),東北大學(xué)自動(dòng)化研究中心致力于控制理論實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究與開(kāi)發(fā),并把快速原型控制器的研究作為整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究的核心。本文以此為背景,分析了國(guó)內(nèi)外快速原型控制器的現(xiàn)狀,針對(duì)高端產(chǎn)品成本高、體積大不適合小型移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),而小型低端產(chǎn)品功能較弱、不支持網(wǎng)絡(luò)通信等問(wèn)題提出了網(wǎng)絡(luò)化嵌入式實(shí)時(shí)控制器。本文基于快速原型技術(shù),硬件采用ARM+DSP的雙處理器架構(gòu),軟件上通過(guò)RTAI(Real-Time Application Interface)實(shí)時(shí)化方案實(shí)現(xiàn)了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),完成了對(duì)網(wǎng)絡(luò)化嵌入式實(shí)時(shí)控制器的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā),最后通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)對(duì)該控制器在控制理論實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的各項(xiàng)功能及性能進(jìn)行了驗(yàn)證,證明了該控制器能夠滿(mǎn)足快速原型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)要求,實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、低成本、低功耗和體積小的特點(diǎn)。 本文的主要工作內(nèi)容如下： 1.分析了國(guó)內(nèi)外實(shí)時(shí)控制器研究和發(fā)展現(xiàn)狀,總結(jié)現(xiàn)有控制器的優(yōu)缺點(diǎn),從而提出網(wǎng)絡(luò)化嵌入式實(shí)時(shí)控制器的方案。從控制理論實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的角度出發(fā),提出快速原型控制器的開(kāi)發(fā)步驟,并依此進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)化嵌入式實(shí)時(shí)控制器的系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軟件功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2.設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)了網(wǎng)絡(luò)化嵌入式實(shí)時(shí)控制器硬件系統(tǒng),包括ARM主控板、DSP數(shù)據(jù)采集板和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。ARM主控板主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行、數(shù)字IO、用戶(hù)信息交互、網(wǎng)絡(luò)接口等功能；DSP數(shù)據(jù)采集板,主要實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)采集與輸出、數(shù)字脈沖信號(hào)捕獲與計(jì)數(shù)、PWM信號(hào)輸出等功能。二者通過(guò)SPI接口實(shí)現(xiàn)雙處理器通信。電機(jī)驅(qū)動(dòng)板,實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)電路和DA轉(zhuǎn)換電路。 3.設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)了網(wǎng)絡(luò)化嵌入式控制器的軟件系統(tǒng),包括ARM端與DSP端的軟件開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)。ARM端軟件系統(tǒng)主要通過(guò)實(shí)現(xiàn)嵌入式實(shí)時(shí)操作來(lái)運(yùn)行實(shí)時(shí)代碼程序,并基于網(wǎng)絡(luò)以服務(wù)器-客戶(hù)端模式實(shí)現(xiàn)主機(jī)與控制器之間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。DSP底層軟件主要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集板各個(gè)功能模塊的數(shù)據(jù)采集和處理,以及對(duì)驅(qū)動(dòng)板提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出。SPI通信程序?qū)崿F(xiàn)ARM與DSP的數(shù)據(jù)通信。 4.通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化嵌入式實(shí)時(shí)控制器的各項(xiàng)功能進(jìn)行了驗(yàn)證,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類(lèi)號(hào)】：TP273;TP368.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2753696