基于自抗扰技术的二维运动平台控制系统研制

论文摘要

位移的精确性、速度的平稳性是运动控制的主要研究方向，二维运动平台是各种精密加工系统、精密测量系统和医疗器械的核心部件，因此，开展二维运动平台控制系统的研究具有重要的工程实际意义。自抗扰控制器（Active Disturbance Rejection Controller，ADRC）是在PID控制器思想精髓的基础上发展起来的，其不依赖对象的精确数学模型，结构、算法简单。扩张状态观测器（Extended State Observer，ESO）作为该控制器的核心，能估计出系统当前的内部扰动和外部扰动，再而通过适当的形式对扰动加以补偿，以此达到消除扰动的目的。ADRC的单一参数——补偿因子b0整定容易，该控制器在复杂条件下有较强的鲁棒性，能够有效地提高系统的控制效果。本文在分析自抗扰控制器和二维运动平台工作原理的基础上，建立了二维运动平台自抗扰控制系统的仿真模型，仿真验证系统的有效性、鲁棒性。再而开发系统的试验平台，硬件部分以TMS320F2812为主控芯片，软件部分设计包括了上位机和下位机两部分。试验结果表明，与PID控制器相比，自抗扰控制器应用在二维运动平台控制中，参数整定更容易、动静态性能更佳、有更强的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题的研究意义
• 1.3 二维运动平台控制技术的研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 自抗扰控制器原理
• 2.1 自抗扰控制器的特点
• 2.2 自抗扰控制器的结构及数学模型
• 2.2.1 安排过渡过程
• 2.2.2 非线性状态误差反馈控制律
• 2.2.3 扩张状态观测器
• 2.2.4 扰动的补偿
• 第3章 二维运动平台的模型分析
• 3.1 直流电动机的数学模型
• 3.2 机械传动进给机构的数学模型
• 3.3 建立二维运动平台控制系统模型
• 第4章 二维运动平台自抗扰控制系统仿真研究
• 4.1 二维运动平台自抗扰控制系统的性能分析
• 4.1.1 系统安排过渡过程的仿真研究
• 4.1.2 单轴自抗扰控制系统的仿真研究
• 4.1.3 系统受到外界干扰时的仿真结果分析
• 4.1.4 过渡过程时间对系统影响的分析
• 4.1.5 补偿因子的选择
• 4.2 二维运动平台控制系统的仿真对比研究
• 4.2.1 PID 控制系统仿真模型的建立
• 4.2.2 PID 与自抗扰控制系统仿真对比结果分析
• 第5章 二维运动平台自抗扰控制系统硬件设计
• 5.1 控制芯片及其开发环境
• 5.1.1 DSP2812 芯片
• 5.1.2 系统开发环境——CCS3.3
• 5.2 系统硬件设计
• 5.2.1 系统硬件总体结构设计
• 5.2.2 DSP2812 最小系统设计
• 5.2.3 SCI 串行通信电路设计
• 5.2.4 速度信号采样电路设计
• 5.2.5 直流电机驱动电路设计
• 第6章 二维运动平台自抗扰控制系统软件设计
• 6.1 系统软件总体结构设计
• 6.2 信息采集与数据处理
• 6.3 事件管理器输出驱动控制
• 6.4 上下位机通信软件设计
• 6.4.1 下位机通信模块软件设计
• 6.4.2 上位机通信模块软件设计
• 6.5 控制方案的软件设计
• 6.5.1 PID 控制系统软件设计
• 6.5.2 自抗扰控制系统软件设计
• 第7章 试验结果与分析
• 7.1 自抗扰控制系统试验结果与分析
• 7.2 补偿因子对自抗扰控制结果的影响
• 7.3 PID 与自抗扰控制系统试验结果对比
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士研究生期间发表的论文
• 致谢