运动控制系统中控制算法的研究

论文摘要

运动控制系统广泛应用于工业中的各个领域,如半导体封装,数控机床,工业机器人等。为了满足对运动控制系统高速高精度的要求,路径优化,插补算法,控制算法以及机械装配等方面的研究都至关重要。其中,针对控制算法的研究尤其关键。本文首先针对一类运动控制系统进行了机理建模和辨识,为控制器的设计提供了必要的信息。针对辨识中存在的输入激励不够的问题,本文采取一种有效的开关机制予以解决。PID控制器广泛应用于工业领域,但人工整定参数不仅效率低下,而且在控制对象发生变化的情况下不能得到良好的控制性能。本文基于极点配置和零极点相消的原理,提出一种自整定的PID控制器,改善系统性能的同时提高了工作效率。另外,为了能够进一步改善系统的跟踪性能,本文在前馈控制器设计的部分采用了自整定ZPETC。最后,论文中提到的各种算法都在实际的三轴雕铣床上进行了验证和应用。实验结果表明,这些算法在改善系统动态性能和跟踪性能的同时,大大提高了工作效率,而且由于算法的灵活性,可以很好地应用和推广到实际的工业控制领域中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• ACKNOWLEDGEMENTS
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES
• 1. INTRODUCTION
• 1.1 Background of motion control
• 1.2 Features of motion control systems
• 1.3 Control in industry
• 1.4 Motivation and objective
• 1.5 Dissertation organization
• 2. MODELING AND IDENTIFICATION
• 2.1 Modeling
• 2.1.1 Remarks of parameters
• 2.1.2 Model of the controlled plant
• 2.2 Identification
• 2.2.1 Identification methods
• 2.2.2 Identification inputs
• 2.2.3 Low-excitation problem in the identification
• 2.3 Experiments
• 2.3.1 Description of the experiment table
• 2.3.2 The model order and dead time
• 2.3.3 Estimated parameters
• 2.3.4 Trace limit
• 2.3.5 Further validation
• 2.4 Summary
• 3. SELF-TUNING PID CONTROLLER
• 3.1 Literature of the PID tuning
• 3.2 Tuning of PID parameters
• 3.2.1 PID controller structure
• 3.2.2 Tuning of PID parameters
• n'>3.2.3 Choice of ξ and ω_n
• 3.3 Experiments
• 3.3.1 Step response
• 3.3.2 Tracking performance
• 3.4 Summary
• 4. SELF-TUNING ZPETC
• 4.1 Motivation of the feedforward controller design
• 4.2 Tuning of feedforward parameters
• 4.2.1 Feedforward controller fundamental
• 4.2.2 Velocity and acceleration feedforward controller
• 4.2.3 Zero Phase Error Tracking Controller （ZPETC）
• 4.2.4 Tuning ZPETC parameters
• 4.3 Experiments
• 4.3.1 Bandwidth of the whole system
• 4.3.2 Tracking performance
• 4.3.3 Integration of the self-tuning PID controller and ZPETC
• 4.4 Summary
• 5. CONCLUSION
• 5.1 About the identification
• 5.2 About the controller design
• 5.3 Future work
• REFERENCES