嵌入式系统在机电控制中的应用

4 基于Stewart平台的伺服控制器设计

4.1 系统硬件结构  

Stewart平台是6腿(杆)机械手，在大射电望远镜指向跟踪系统中是利用Stewart平台作馈源舱的精调子系统。在该系统中要求Stewart平台系统实现高精度、高实时性运动，其控制精度直接决定着馈源的定位精度，而且对Stewart平台控制器的可靠性、体积都有较高的要求。   

Stewart平台控制系统基于ATMEL公司的AT9140800嵌入式微处理器为核心。其它主要硬件部分有：

(1) 存储器：系统配以2MBSDRAM，1MB线性FlashROM用于存储RTOS和应用软件。
(2) 编码器接口：设计6路独立编码器接口，包括脉冲细分逻辑和辨向电路。
(3) DA接口：6路独立的12位DA接口电路，其输出的模拟量作为伺服放大器的输入。
(4) 两个标准RS232接口：可以通过RS232接口接收主机的指令。
(5) 提供ISA总线接口：可以将本嵌入式系统插入PC的ISA槽中，通过ISA总线接收PC的指令，用于标准的工控模式。
(6) 各种状态指示灯，指示系统的工作状况和每个通道的工作状态。各接口的通讯格式全部采用带校验的自定义格式。

4.2 系统软件  

该系统软件是基于μC/OS为RTOS开发的专用软件。主要包括以下几部分：

(1) 多任务管理；
(2) 内存资源管理；
(3)中断管理；
(4)UART接口管理；
(5) ISA接口管理；
(6) 电机控制ADRC算法。

其中(1)、(2)、(3)由μC/OS实现(与接口有关的中断服务程序需用户编写)，其余为用户编程实现。传统的各类电机控制器中大多采用各种各样的PID，如非线性PID，模糊PID等,这里电机控制采用自抗扰控制ADRC(auto_disturbance rejector controller)算法。为了提高算法的效果，对原来ADRC算法进行了适当的改进，采用变参数思想，称之为模糊ADRC。
  
4.3 μC/OS的移植软件  

μC/OS的移植工作主要包括：

(1)声明10个数据类型。在文件OS_CPU.H 中定义9个数据类型和一个堆栈宽度。
(2)用#define设置一个表示堆栈增长方向的常量OS_STK_GROWTH x 。
(3)用#define声明三个宏。
(4)用C语言编写六个简单的函数。

由于μC/OS是源码公开的免费型RTOS,其上有许多成功的移植实例共享。按照上述嵌入式软硬件设计思想，我们设计了Stewart平台专用伺服控制器。控制器能很好地跟踪期望信号，并能在很短的时间内消除干扰的影响。

5 结束语  

嵌入式系统及其应用已成为当前研究和应用的热点，采用嵌入式系统的机电控制系统较传统控制系统在可靠性、体积、功耗、性价比等方面都具有明显的优势，相信不久的将来嵌入式系统会广泛应用于各类机电控制中，并能取得更好的控制效果和更好的系统综合性能。