论文题目: 工业平缝机伺服控制系统研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 控制理论与控制工程
作者: 刘峙飞
导师: 王树青
关键词: 工业平缝机伺服控制系统,预测函数控制,实时操作系统
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 永磁交流伺服系统广泛应用于消费品市场和工业现场中,而对于如家电、工业缝纫机等成本要求较高的产品,迫切需要开发高性能价格比的伺服系统。 论文针对小惯量永磁同步电机,利用简易低分辨率光电编码器,提出一种无电流传感器空间电压矢量控制,即直接利用电压矢量进行控制,并对电压矢量进行角度补偿。由于省略了电流环,使整个控制系统硬软件结构更加简洁,可一定程度上节约材料成本。系统采用PFC-PID串级控制策略,速度环采用PID控制以提高抗干扰性,而位置环则采用预测函数控制来获得良好的跟踪性能和强鲁棒性。同时,对单变量预测函数控制进行了结构分析和稳定性分析,并进一步分析了多变量受约束预测函数控制的稳定性问题。 为增强伺服系统的适用性,设计了一个简单的实时操作系统MotionOS,将速度和位置伺服功能整合其中,采用抢占式静态任务调度方式,可广泛应用到各种缝制设备和纺织机械中,大为提高开发效率。 针对高速工业平缝机,基于MotionOS设计了一套工业平缝机伺服控制系统,具有快速响应、定位精确的特点,可实现自动上下停针位、自动切线、自动倒缝、自动定针缝等功能,并提供针迹补偿等几十个可调参数以提高控制器的性能和灵活性。同时设计脚踏板调速器实现调速功能,并设计基于磁性传感器的机头定位器实现上下停针功能。缝制花样和参数由操作面板进行设置,并通过串行通信接口下载到主控板上。控制系统预留CAN网络接口以实现远程网络控制。 控制系统选用TI公司的TMS320F2407A DSP作为主控芯片,三菱PM20CSJ060 IPM作为功率驱动模块,硬件设计精密灵活,电路具备很强的抗干扰能力,并采用多种隔离和屏蔽措施以提高EMC性能。系统测试和服装厂小批量试用结果表明整套控制系统完全满足工业平缝机的缝制需要,有较高的性能价格比,具备良好的市场前景。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
致谢
第一章 绪论
1.1 课题产生背景
1.1.1 工业缝纫机简介
1.1.2 工业平缝机用电机
1.1.3 工业平缝机伺服控制系统
1.2 永磁交流伺服系统
1.2.1 永磁同步电动机
1.2.2 伺服系统
1.3 预测函数控制
1.3.1 预测控制原理
1.3.2 预测函数控制
1.4 实时操作系统
1.5 论文的研究思路与结构
第二章 无电流传感器空间电压矢量控制
2.1 控制方案
2.1.1 PMSM数学模型
2.1.2 基本控制思想
2.1.3 电压超前角
2.1.4 电压空间矢量的计算
2.1.5 电压空间矢量在DSP上的实现
2.1.6 电机起动分析
2.1.7 再生制动
2.2 速度环设计
2.3 实验结果及分析
2.3.1 空载
2.3.2 缝纫机负载
2.4 小结
第三章 基于预测函数控制的位置伺服系统设计
3.1 预测函数控制
3.1.1 控制算法
3.1.2 结构分析
3.1.3 稳定性分析
3.2 PMSM串级预测函数控制
3.2.1 算法实现
3.2.2 目标点定位
3.2.3 实验结果
3.3 受约束多变量预测函数控制的稳定性分析
3.3.1 优化算法
3.3.2 稳定性分析
3.3.2 仿真研究
3.4 小结
第四章 运动控制实时操作系统MOTIONOS
4.1 运动控制保护段
4.2 任务
4.2.1 任务控制块
4.2.2 任务状态
4.2.3 任务切换
4.2.4 中断处理
4.2.5 任务间通信
4.2.6 外设驱动
4.3 小结
第五章 工业平缝机伺服控制系统的总体设计
5.1 工业平缝机的基本结构与工作原理
5.2 工业平缝机自动控制原理
5.2.1 工业平缝机的动力电机
5.2.2 脚踏板调速
5.2.3 自动上下停针
5.2.4 自动切线
5.2.5 自动倒缝
5.2.6 自动定针缝
5.2.7 自动抬压脚
5.2.8 操作面板
5.3 小结
第六章 工业平缝机伺服控制系统的硬件设计
6.1 电源驱动板
6.1.1 基于TOP224的反激式开关电源
6.1.2 IPM驱动电路
6.2 主控板
6.2.1 DSP控制器
6.2.2 外围电路
6.3 其他电路
6.3.1 定位器电路
6.3.2 脚踏板调速器电路
6.3.3 操作面板电路
6.3.4 工频变压器设计
6.4 小结
第七章 工业平缝机伺服控制系统的软件设计
7.1 工业平缝机状态机模型
7.2 缝制功能任务化
7.2.1 任务划分
7.2.2 任务实现
7.3 小结
第八章 工业平缝机伺服控制系统样机与性能测试分析
8.1 硬件设计结果
8.2 基本功能介绍及操作方法
8.2.1 操作方法
8.2.2 操作面板说明
8.3 电源品质测试
8.4 控制性能测试
8.4.1 脚踏板调速效果
8.4.2 自由缝
8.4.3 下停针位切线
8.5 控制器老化测试
8.6 现场使用结果
8.7 小结
第九章 结论与展望
9.1 研究工作总结
9.2 未来工作展望
9.2.1 工业平缝机伺服控制系统的改进
9.2.2 在其他缝纫机的推广
参考文献
附录
攻读博士学位期间完成的论文及科研项目
发布时间: 2005-07-27
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- [3].永磁直线同步电机控制策略的研究[D]. 邹积浩.浙江大学2005
- [4].交流伺服控制技术研究[D]. 何光东.浙江大学1998
标签：工业平缝机伺服控制系统论文; 预测函数控制论文; 实时操作系统论文;