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项目信息
项目名称:【安富利特别题目】基于ZYNQ SoC的多轴运动控制系统  
项目信息:
应用领域:工业控制、科研、医疗
设计摘要:
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安富利特别题目
----2. 基于Zynq平台的伺服控制或运动控制系统
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随着永磁同步电机(PMSM,Permanent Magnet Synchronous Motor)价格以及开发难度的降低,PMSM在工业控制领域得到了越来越广泛的应用。多轴控制的发展是为了满足工业机器人、工业传动等应用需求。其主要包括两大方面,多轴串联控制和多轴同步控制。ZYNQ SoC系列处理器基于Xilinx可扩展处理平台。单片处理器拥有双核ARM Cortex- A9处理系统和28nm Xilinx 7系列可编程逻辑单元,资源丰富使用灵活,是在高性能的工业控制领域不可多得的利器。使用单片ZYNQ SoC可以为多轴控制系统提供上至人机交互界面、下至驱动逻辑的全套解决方案。

本项目基于包含ZYNQ SoC的ZedBoard开发板,使用Matlab作为算法设计及仿真调试平台,使用ISE集成开发环境,完成一整套PMSM多轴控制系统的设计开发。最终实现对多台PMSM的闭环驱动以及多台PMSM之间的串联控制和同步控制,实现具有一定的扩展性和通用性的高性能多轴控制系统。
系统原理和技术特点:

     工作原理介绍

    借助于ZED开发板强大的性能和完善的设计软件,可以实现快速、高效的系统开发。系统工作原理如图“系统工作原理图”所示。前期系统模型和分析利用Matlab完成。通过MatlabXilinx产品的相互支持,设计者可以快速确定控制器方案和具体实施细节,包括多轴串联控制器、多轴同步控制器、状态观测器等。控制信号通过标准接口传递给各个电机驱动,控制各轴的运动。各轴的实时状态也通过接口反馈到上位机,并可以传递给Matlab进行数据分析和参数调试。

针对多轴串联控制器,本设计采用交叉耦合结构,在线监测各轴工作状态,以此自适应调整各个单轴控制器和多轴控制器。多轴串联控制器对各个单轴驱动器进行实时补偿。并实现同步控制器协同中央电机和两个大齿轮驱动电机的协同旋转。详细系统框图如图“多轴控制系统框图”所示。

   ZYNQ硬件系统框架图

系统设计结构图如图“系统顶层设计” 所示。主要包括高密度数据处理、控制算法以及基于操作系统的人机交互和任务管理系统等。多个电机驱动使用ZYNQPL逻辑部分完全实现。

ARM Cortex-A9处理核心主要负责人机交互、系统通信、任务管理和部分实时控制任务。其分别安装通用操作系统(GPOS, general purpose operating system)和实时操作系统(RTOS, real-time operating system)。通用操作系统主要用于管理人机交互任务和系统通信,可实现本系统与上位机设备的连接。实时操作系统主要管理系统的控制任务,合理分配系统资源。并通过与Zynq可编程逻辑的数据交换,实现系统高速并行处理。除此之外,本设计针对系统硬件进行了存储扩展,以提高系统的存储控制和运行速度。并在此基础上,ZYNQ可编程逻辑单元负责大量的控制算法和信号处理计算,包括系统辨识、多轴控制算法等。利用可重配置标准接口,系统可以实现控制不同类型的电机驱动。

 

系统工作原理图.jpg
系统框图:系统工作原理图.jpg
多轴控制系统框图.jpg
系统框图:多轴控制系统框图.jpg
系统顶层设计.jpg
系统框图:系统顶层设计.jpg
软件流程介绍: 软件系统框架.zip [910.9 KB]
计划书:基于ZYNQ SoC的多轴运动控制系统.doc [3.5 MB]
当前项目状态: 13年-7月-1日
提交项目论文以及电路原理图、设计代码、IP等工程文件。

视频网址:
http://v.youku.com/v_show/id_XNTc3NDI0MTM2.html
参赛信息:
指导老师姓名: 李叶松
指导老师职称: 教授
学校: 华中科技大学
研究方向: 交流电气传动系统数字化控制技术、智能化实时运动控制技术、工业现场总线网络化控制技术、智能化照明控制技术等
参赛情况: OpenHW12开源硬件与嵌入式计算大赛
需求信息:
拟采用的平台:ZED板
是否需要设计扩展板?
需要的基本功能:
最新版本:
请同时下载该项目版权声明
update 13-07-01 12:07:18
视频网址:
http://v.youku.com/v_show/id_XNTc3NDI0MTM2.html

提交项目论文以及电路原理图、设计代码、IP等工程文件。
相关文件:
高性能多轴控制系统的Zynq SoC设计与实现.pdf  4.8 MB 
工程文件.zip  6.3 MB 
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