基于CAN总线和CANopen协议的运动控制系统设计

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本论文以“血管造影仪的研究与开发”为背景,对血管造影仪的运动控制系统进行了深入研究,提出了基于CAN总线和CANopen协议的运动控制系统的整体设计方案,进行了系统各智能节点的硬件和一些相应软件的设计开发。同时本文对无刷直流电机进行了研究,提出了电机控制算法的改进方案,最终实现了运动控制系统的各项功能。 本论文采用COPLEY驱动器作为驱动控制节点的电机驱动,设计了驱动器外围电路,完成了驱动控制节点的设计,实现了CAN接口、RS232接口的通讯及驱动器与电机的对接。在研究了PIC18F458单片机和TLC3574A/D转换器的功能的基础上,设计了位置反馈节点。通过电源隔离、硬件滤波、CAN通讯、A/D数据采集等模块功能的实现,完成了实际位置模拟信号经滤波、采集、模数转换模块成为数字信号,再经SPI接口到达单片机,最后经CAN总线传给上位机的反馈过程。在硬件电路设计的基础上,完成了位置反馈节点软件的设计工作,使其成为完整的位置反馈系统。运动状态显示节点完成了运动状态的显示。通过四个4-16译码器组成的译码电路实现片选,单片机控制液晶模块的使能、初始设置和命令信息的传递,实现了运动状态的显示。 为了改进电机的控制效果,本文提出了采用smith预估计器来解决系统的时滞问题和采用模糊自整定PID控制器使控制参数最优,并利用MATLAB实现了仿真。仿真结果表明两种改进算法的有效性,提高了系统的品质性能。 本论文理论与实际相结合,设计了血管造影仪运动控制系统,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。
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