基于CAN总线的全数字伺服驱动系统的研究

本论文以创新课题“家用服务机器人的研究开发”为背景，对全数字电机伺服驱动系统进行了深入的研究，在此基础上提出了伺服驱动系统的总体设计方案，参与了硬件系统各子模块的设计与调试，完成了软件伺服控制，最终实现了基于CAN总线的全数字伺服驱动系统。论文结合开发的上位机测试软件进行了实验研究，取得了比较理想的实验结果。 本文以该系统为平台，对伺服驱动系统中的难点和热点问题进行了研究，针对这些问题，提出了以下系统设计和实现的新方法和新思路： 1. 将数字信号处理器DSP和现场总线CAN应用到伺服驱动系统中，采用CANopen通讯协议进行信息传输，保证了通讯功能的可靠性； 2. 在电机转速测量中，提出了一种高性能的自适应转速测量算法，与常用的算法相比，提出的算法可以在提高转速测量的准确性的同时，提高系统的响应时间； 3. 在电流测量中，应用巴特沃斯滤波器对电流信号进行滤波，以消除电流采样中的干扰，同时使用Smith预估器消除系统延时产生的影响； 4. 在电机控制算法的研究上，引进了参数模糊自整定PI控制器，该方法实现了高品质的动态和静态性能； 5. 将S/T曲线速度规划的思想引入全数字伺服驱动系统中，通过提高速度的平滑性，特别是高速启、制动状态，来提高伺服系统的整体控制性能。针对DSP芯片定点运算的限制，本文提出了一种余码补偿方案。 本论文理论与实际相结合，以自主研发的服务机器人为平台，对提出的方法进行了实验检验，实验的结果表明本文设计的软、硬件结构合理，控制精度高，响应快，可以满足生产使用的需求。