论文摘要
随着当今科学技术的发展,人们逐步认识到:机电一体化技术的发展状况是衡量一个国家机械工业发展水平的重要标志。然而,我国同工业发达国家相比,机电一体化技术还比较落后。运动控制技术是机电一体化技术的核心部分。因此,对运动控制技术作深入细致的研究,把握国内外运动控制技术的最新发展动态,提高运动控制技术水平,对提高我国的机电一体化技术具有至关重要的意义,也是摆在我们面前的一个重大课题。本文给出了运动控制的概念,阐述了运动控制系统的组成和分类,综述了运动控制技术的国内外发展现状,并对运动控制系统中的关键技术进行了研究。其主要内容包括以下几个方面。1.从永磁同步交流伺服电机的数学模型着手,逐步深入到伺服系统中的控制器,控制技术,对交流伺服控制系统进行了研究。基于永磁同步电机（PMSM）的解耦状态方程,将滑模变结构控制方法（SMC）引入到对永磁同步交流电机（PMSM）位置环和速度环的设计中。并且,将单段滑模线控制扩展成包括加速段、恒速段和减速段的完全滑动轨迹控制。仿真实验表明:与传统的PID控制算法相比,利用该控制方案使得系统具有良好的快速性、定位无超调;同时,提高系统的精度和鲁棒性。2.优化轨迹规划算法能够提高运动控制系统的速度和精度。本文研究了直线、S曲线、指数曲线等轨迹规划算法;给出了每种算法的详细推导公式并通过Matlab仿真得到了各种算法相应的加速度、速度和位移曲线,分析了各种算法的优缺点。本文还针对多轴运动控制系统探讨了直线插补和圆弧插补算法,同时分析了多轴运动的精度问题。3.开放式运动控制系统是整个运动控制系统的发展趋势。在开放式运动控制系统中,运动控制器是核心。本文介绍了多轴运动控制卡（PMAC）,研究了PID+速度/加速度前馈的控制算法。利用PEWIN软件,对系统的控制参数进行了校正和调整,提高了系统的稳态特性和动态特性,改善了系统的稳定性和响应速度。4.为了提高由PMAC组成的半闭环系统的定位精度,本文首先简要介绍了基于PMAC半闭环系统的组成及原理,分析了系统定位误差产生的原因;然后利用PMAC的误差补偿功能,采用软件补偿方法对可能产生的误差进行了补偿。最后以卓创恒信AC-200教学设备为实验平台,验证了该补偿方法的有效性,从而较大地提高了系统的定位精度。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 运动控制技术的意义1.2 运动控制系统的组成与分类1.2.1 运动控制系统的组成1.2.2 运动控制系统的分类1.3 先进的运动控制技术1.3.1 全闭环交流伺服驱动技术1.3.2 直线电机驱动技术1.3.3 开放式运动控制结构1.4 本论文主要研究内容第二章 永磁同步电机的完全滑模变结构控制2.1 PMSM的数学模型2.2 基于滑模变结构的矢量控制系统2.2.1 滑模变结构控制原理2.2.2 完全滑模变结构控制在矢量控制系统的应用2.3 仿真研究2.3.1 仿真实验及参数选择2.3.2 实验结果2.4 本章小结第三章 运动轨迹规划及插补算法3.1 轨迹规划概述3.2 轨迹规划方法3.2.1 直线加减速3.2.2 S曲线加减速3.2.3 指数加减速3.3 插补概述3.3.1 直线插补3.3.2 圆弧插补3.3.3 多轴运动系统的精度分析3.4 本章小结第四章 基于多轴运动控制卡的双闭环PID+速度/加速度前馈算法研究4.1 多轴运动控制卡 PMAC4.1.1 PMAC卡介绍4.1.2 PC+PMAC运动控制系统的构成4.2 基于PMAC的双闭环PID+速度/加速度前馈算法4.2.1 控制算法的原理4.2.2 控制算法的实现4.3 基于PMAC的PID-前馈控制参数调整4.3.1 PID参数调整的必要性4.3.2 PID参数调整原理4.3.3 利用PEWIN软件调节PID参数4.3.4 利用PEWIN软件调节前馈控制参数4.4 本章小结第五章 基于PMAC半闭环系统的定位误差分析及误差补偿5.1 AC-200系统构成5.1.1 信息处理和控制单元5.1.2 运动平台和检测反馈装置5.2 半闭环系统的误差分析5.2.1 传动误差5.2.2 热变形误差5.2.3 导轨的误差5.3 定位误差补偿5.3.1 定位误差补偿的原理5.3.2 基于PMAC卡误差补偿功能的实现5.3.2.1 基于PMAC卡误差补偿的原理5.3.2.2 系统误差补偿功能的实现5.3.2.3 实验结果5.4 本章小结第六章 总结与展望6.1 总结6.2 展望参考文献攻读硕士学位期间的研究成果致谢
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