转台伺服系统设计与仿真及自动装填装置程序设计

论文摘要

交流永磁同步电机(PMSM)在要求高控制精度和高可靠性的场合有着广阔的应用，在现代交流电机中占有举足轻重的地位。可编程控制器(PLC)作为控制系统的核心装置，在现代工业自动化生产中也得到了广泛地使用，具有理想的控制效果。为此，本论文运用系统设计、理论分析、计算机仿真等手段对PMSM转台伺服系统及PLC自动装填装置进行了研究。设计了一种基于工控机与运动控制卡的交流转台伺服系统，并详细介绍了硬件设计与软件实现。这种架构充分利用了两者的优势，具有强大的逻辑判断能力和信息处理能力，大大提高了系统的可靠性。采用转子位置定向的矢量控制方案，在Matlab／Simulink环境下构建了PMSM伺服系统的仿真模型，并应用常规PID控制与前馈控制进行了仿真。针对常规控制的不足设计了基于等效控制的滑模速度控制器，并采用指数趋近律的方法削弱了抖振。仿真结果表明该控制器对负载扰动和参数变化有较好的鲁棒性，系统具有一定的定位精度和跟踪精度。结合滑模控制和神经网络控制各自的优点，设计了基于RBF网络的神经滑模位置控制器。仿真结果表明该控制器能有效削弱抖振，在对负载扰动和参数变化有着强鲁棒性的基础上，还获得了更好的定位精度和跟踪精度。介绍了自动装填装置的组成和工作原理，设计了电控系统PLC程序，根据实际运行需要，提出了一套自动化解决方案，并进行了测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 工程背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 交流伺服系统概述
• 1.2.2 滑模变结构概述
• 1.2.3 神经网络概述
• 1.2.4 PLC概述
• 1.3 本文的内容安排
• 2 转台伺服系统总体设计
• 2.1 转台伺服系统硬件构成
• 2.2 上位计算机
• 2.3 运动控制器
• 2.4 驱动器与伺服电机
• 2.5 检测元件
• 2.6 转台伺服系统软件实现
• 3 转台伺服系统建模与仿真
• 3.1 永磁同步电机的数学模型
• 3.2 永磁同步电机矢量控制
• 3.3 基于Matlab的系统建模
• 3.3.1 仿真环境
• 3.3.2 仿真模型
• 3.4 常规控制
• 3.4.1 PID串级控制
• 3.4.2 前馈控制
• 3.4.3 仿真研究
• 4 转台伺服系统滑模控制
• 4.1 滑模变结构控制原理
• 4.1.1 滑动模态的定义
• 4.1.2 滑模变结构控制的定义
• 4.1.3 滑模变结构控制的基本问题
• 4.1.4 滑模变结构控制的设计
• 4.2 滑模控制器设计
• 4.3 仿真研究
• 4.3.1 阶跃响应
• 4.3.2 位置跟踪响应
• 5 转台伺服系统神经滑模控制
• 5.1 基本神经元模型
• 5.1.1 神经元的构成
• 5.1.2 神经元的学习规则
• 5.2 RBF神经网络模型
• 5.2.1 神经网络结构
• 5.2.2 径向基函数神经网络
• 5.3 神经滑模控制器设计
• 5.4 仿真研究
• 5.4.1 阶跃响应
• 5.4.2 位置跟踪响应
• 6 自动装填装置研究
• 6.1 总体结构及工作原理
• 6.1.1 机械框架结构
• 6.1.2 液压系统
• 6.1.3 气动系统
• 6.1.4 电控系统
• 6.2 电控系统软件设计
• 6.2.1 触摸屏操作界面设计
• 6.2.2 PLC程序设计
• 6.3 自动化方案设计
• 6.3.1 工作流程分析
• 6.3.2 子模块实现
• 6.3.3 自动流程实现
• 6.3.4 测试与优化
• 结束语
• 致谢
• 参考文献