自动化弹库系统中转运机器人控制研究与仿真

论文摘要

随着舰炮技术的发展,为适应新形势下的作战要求迫切需要弹库系统实现自动、可靠、准确、迅速地对弹药进行选择、存储和转运,以提高舰炮系统整体的作战能力。全自动弹库技术正是利用现代信息技术、计算机技术建成的较理想的科学管理系统。通过对自动化弹库进行安全管理与自动控制,不仅能提高作业效率,实现弹库的无人值守,还使得物流与信息流同步。可以满足在不增加人员配备的情况下提高舰炮射速与作战效能的需要。转运机器人作为自动化弹库的一个重要子系统,负责弹药在存储单元之间的出入库转运,因此对它的控制系统研究对于整个自动化弹库具有很重要的意义。本文在借鉴现代物流理论中关于自动化立体仓库方面的成熟技术基础上,结合自动化弹库的技术要求确立了自动化弹库的总体控制策略和控制体系;进行了转运机器人子系统的原理和结构设计,选择了传动方式和驱动方案。经分析比较后,选择使用直流伺服电机驱动。确定了上下位机分级控制的控制策略,下位机采用TMS320LF2407A DSP作为控制器;在PID控制理论基础上,建立了双闭环伺服控制系统的模型。在MATLAB环境下,应用SimMechanics建立转运机器人的动力学模型,结合Simulink建立的控制模块,进行了仿真调整控制参数,设计了控制器;完成了基于TMS320LF2407ADSP作为控制器的直流数字伺服控制系统的硬件结构和软件编程;试验研究,结果表明所设计的电路可以满足控制要求,电机稳定性和快速性也可以达到设计技术指标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究意义和目的
• 1.2 国内外的研究概况
• 1.2.1 火炮系统自动化发展趋势
• 1.2.2 弹库系统的国内外发展状况
• 1.2.3 伺服控制的发展趋势
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 自动化弹库系统组成及总体控制策略
• 2.1 引言
• 2.2 弹库系统组成功能划分及总体布局方案的确定
• 2.2.1 弹库系统功能划分
• 2.2.2 弹库总体方案布局确定
• 2.3 弹库系统总体控制方案设计
• 2.3.1 控制系统技术要求
• 2.3.2 智能控制策略
• 2.3.3 控制体系确定
• 2.4 本章小结
• 第3章 弹库系统中转运机器人的总体方案设计
• 3.1 引言
• 3.2 转运机器人的机械结构设计
• 3.2.1 有动力存储单元机械结构设计
• 3.2.2 机器人机械机构设计
• 3.3 转运机器人控制系统设计
• 3.3.1 驱动方式的选择
• 3.3.2 驱动电机的选择
• 3.3.3 控制器的选择
• 3.3.4 控制系统的选择
• 3.4 本章小结
• 第4章 转运机器人控制系统建模与仿真
• 4.1 引言
• 4.2 基于SimMechanics的转运机器人控制体系仿真分析
• 4.2.1 MATLAB软件简介
• 4.2.2 转运机器人的时序分析
• 4.2.3 转运机器人的整体控制仿真
• 4.2.4 转运机器人仿真结果分析
• 4.3 控制系统伺服电机控制模型建立
• 4.3.1 PID控制算法简介
• 4.3.2 伺服电机控制模型建立
• 4.4 单自由度控制模型建立
• 4.4.1 单自由度速度闭环控制模型
• 4.4.2 速度闭环仿真结果分析
• 4.4.3 单自由度位置闭环控制模型
• 4.4.4 位置闭环仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于DSP的转运机器人控制系统设计
• 5.1 引言
• 5.2 转运机器人控制系统组成
• 5.3 系统主要硬件电路的设计
• 5.3.1 TMS320LF2407A简介
• 5.3.2 主要电路设计
• 5.4 系统主要软件流程设计
• 5.4.1 主程序的设计
• 5.4.2 定时中断程序设计
• 5.4.3 PWM波形输出程序设计
• 5.4.4 电压处理程序及过压程序设计
• 5.4.5 RS485通信子程序
• 5.4.6 转速测量程序设计
• 5.5 实验分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢