基于UCOS-II嵌入式操作系统的位置控制器设计(4)
图2-4 使用液压杆完成位置的控制的系统框图
以上是在设计随动系统时提出的3种位置控制器的设计方案，方案一和方案二可实现性高，不过方案二的试验要求高需要有一个电动变速箱参与设计与试验，从硬件条件上来讲方案一更适用于本次毕业设计试验。所以我们在这里适用方案一设计随动系统的位置控制器。
2.3随动系统的工作原理和硬件的选择
首先我们是要通过设计方案来确定系统中所要使用的执行机构。我们本次设计是通过控制电机的转速转向来完成随动系统的位置控制，则电机通过矢量控制法控制其转动，我们的系统设计时使用旋转编码器只能测量位置控制器的转角。但完成系统的电机控制需要经过三次PID算法计算第一次是将角度信号对比后转换成速度信号，第二次PID算法将速度信号转换成电流信号第三次才能转换出控制所需的电压信号。（PID控制原理框图如图2-5）
图2-5 PID控制原理框图
在这个伺服系统中我们共用到三个闭环控制分别是电流环PI控制器、速度环PI控制器和位置环PI控制器。这样设计的系统由于串联的积分环节有三个之多，控制精度很高，但是系统的稳定性差、同时结构复杂，使得系统的特性难以确定，系统的传递函数太过复杂不利于实际应用。故简化系统我们使用一个驱动器替代速度控制环和电流控制环完成速度转换与电流转换的简化。同时一个驱动器有确定的传递函数使系统成为一个II型系统。使得系统稳定性有了很大的提高。（系统输入与稳态偏差关系如表2-1）
系统的开环 系统的输入
单位阶跃输入 单位恒速输入 单位恒加速输入
0型系统 ∞ ∞
Ⅰ型系统 0 ∞
Ⅱ型系统 0 0
表2-1 系统输入与稳态偏差关系
一个控制系统要完成对于一个动作的控制就像人体在工作。系统的硬件部分就好比于人的身体是保证动作完成的执行部件，软件部分相当于人的大脑其作用是向执行部件下达命令指示执行部件的工作。在位置控制器系统中硬件部分主要包括：执行电机、传感器、承载操作系统的单片机几部分组成。下面我们来分别介绍各个部件的选择。
1)控制器的选择
控制器的作用是按照预定顺序改变主电路或控制电路的引脚信号输出和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的命令的装置。在电机控制的系统中一般使用DSP完成。电机的控制可以在许多的不同开发板上完成。但是在本次设计中实验室有以TMS320f2812芯片组成的DSP开发板。故这次设计中就使用这种单片机完成系统设计。
应用芯片TMS3202812简介
TMS320F2812是美国德州仪器公司（Texas Instruments Incorporation，简称TI公司）推出的新一代32位定点数字信号处理器。片内集成了128K/64K×16位的闪存（Flash），可方便地实现软件升级，片内还集成了丰富地外围设备，面向电机控制的事件管理器，以及可以为主机、测试设备、显示设备和其它组件提供接口的多种标准串口通信外设等，该芯片既具备数字信号处理器的数据处理能力，又像单片机那样具有适于控制的片内外设和接口。还具备32位计算能力，以及独特的算法库IQmath，使程序员能够很好地将浮点算法转换到定点器件上，使复杂的算法设计变得更容易。
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