球面孔位非接触测量系统运动控制系统研究

论文摘要

自20世纪中叶以来,科学技术以从未有过的速度飞速发展。伴随着计算机技术、电子技术和自动控制理论的进展,对电机的运动控制已由过去简单的起停控制发展到对其速度、位移和转矩等物理量进行精确控制的阶段,原先的“电机控制系统”、“电气控制系统”已逐渐发展到具有更高精度、更高速度和更大柔性的“运动控制系统”。 本文针对球面孔位非接触测量系统对球体转位的定位精度和转位速度的技术要求,开展了步进电机闭环运动控制系统的研究,主要包括运动控制系统总体方案论证、嵌入式运动控制器的设计、步进电机运动控制算法研究、转位位置数据采集方案的确定以及对步进电机位置反馈控制算法优化等内容,主要可概括为以下几点: 1.在系统总体控制方案上,为满足转位机构定位精度的要求,确定采用闭环控制方案。在步进电机的计算机控制方式上,针对在Windows操作系统下用PC机直接控制步进电机实时性不强的问题,确定采用PC机与单片机主从式协同控制方式。 2.阐述了基于PC机ISA总线运动控制器的设计方法,对嵌入式运动控制器与PC机ISA总线的接口电路、控制引脚分配进行了较为全面的分析,并根据本系统运动控制特点制定了相应的通讯协议。 3.利用单片机最小系统实现了对3台步进电机的控制,根据单片机编程特点,对步进电机的调速方法、加减速控制以及点位控制进行了较为深入的分析并通过程序予以实现。 4.在对定付位詈数据采集方面,较为深入地分析了轴角编码器与PC机

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 运动控制系统的发展历程
• 1.1.1 直流和交流的运动控制系统
• 1.1.2 开环和闭环的运动控制系统
• 1.1.3 基于网络的运动控制系统
• 1.2 运动控制技术的发展方向及我国运动控制技术的现状
• 1.3 课题的来源和任务描述
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 课题任务描述
• 2 球面孔位精密测量系统的结构和原理
• 2.1 测量原理
• 2.2 测量系统结构
• 2.3 测量过程描述
• 2.4 实现系统精密测量的关键技术
• 3 运动控制系统总体方案研究
• 3.1 运动控制模式的选择
• 3.1.1 开环控制模式
• 3.1.2 闭环控制模式
• 3.2 伺服电动机的选择
• 3.2.1 交流伺服系统
• 3.2.2 步进电动机伺服系统
• 3.3.3 伺服电动机类型的确定
• 3.3 计算机控制方式的选择
• 3.3.1 PC机直接控制方式
• 3.3.2 PC机与单片机主从式控制方式
• 3.3.3 计算机控制方式的确定
• 3.4 小结
• 4 运动控制系统的设计
• 4.1 嵌入式运动控制器的设计
• 4.1.1 运动控制器输入输出通道信号分析
• 4.1.2 双机通讯的内容及通讯协议的制定
• 4.1.3 运动控制器硬件电路设计
• 4.1.4 运动控制器与上位PC机通讯软件的设计
• 4.2 单片机对步进电机的运动控制
• 4.2.1 步进电机驱动脉冲的产生
• 4.2.2 单片机对步进电机的速度控制
• 4.2.3 步进电机的位置控制
• 4.2.4 座标联动的实现
• 4.3 闭环控制
• 4.3.1 计算机与轴角编码器的串行通信
• 4.3.2 反馈输出控制
• 5 运动控制系统性能分析
• 5.1 运动控制系统的数学模型
• 5.2 运动控制系统性能分析
• 5.2.1 稳定性
• 5.2.2 准确性
• 5.2.3 快速性
• 6 总结和展望
• 6.1 关于本课题的总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者攻读硕士学位论文期间的科研情况
• 声明
• 致谢