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多轴运动控制系统人机界面设计与控制策略的研究

作　者: 卢金铎
导　师: 刘锦波
学　校: 山东大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 多轴运动控制系统 PMAC 协调控制交叉耦合控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 666次
引　用: 2次
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内容摘要

多轴协调运动控制与复杂曲面、曲轴的加工、缠绕机械、多轴联动数控机床等设备密切相关。这些设备无论是在国防、航空航天还是在工业、民用等产品的加工制造领域都是不可或缺的，因此，对其相关问题的研究一直得到诸如自动控制、机械自动化等相关领域研究人员的高度关注。本文对其中的两方面问题进行了研究：一是关于多轴运动控制系统使用过程中的人机界面的设计；另一方面涉及有关多轴运动控制系统的协调控制策略的研究。人机界面是正确使用多轴运动控制系统的基础，一个优秀的人机界面既要满足功能需要，又要有友好的界面，易于操作。基于以上原则，本文利用PC机和PMAC(Programmable Multi Axis Controller)控制卡，并在Visual C++环境下设计了四轴运动控制系统平台的人机界面。所设计的人机界面具有如下功能：(1)PC机与PMAC卡的通讯；(2)参数设置；(3)程序以及控制参数的下载与状态量的上传；(4)手动与自动控制功能；(5)三维仿真运行。除此之外，作为一个应用实例，本文还对具有图像文件输入形式的PCB线路板雕刻机的路径生成组件进行了编写。多轴协调控制策略是多轴运动控制系统的核心，它直接决定了运动控制系统的性能。传统的多轴运动控制系统在解决各轴之间运动轨迹的耦合方面多采用PID控制策略。尽管这种控制策略有一定程度的鲁棒性，但由于它只能实现稳态工作点处的局部稳定，因而难以满足调速范围较宽且扰动幅度较大的复杂曲面或曲线的加工要求。为此，本文对多轴控制器的非线性运动控制策略进行了研究，旨在改善多轴运动控制系统的性能。论文在回顾传统多轴运动控制方法的基础上，分别对直角坐标系和极坐标下两轴运动控制系统的非线性同步控制和协调控制策略进行了研究。所设计的控制策略具有较强的鲁棒性和全局稳定性，在一定程度上改善了系统的性能，仿真结果验证了上述方案的有效性。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
第1章绪论  9-14
  1.1 概述  9
  1.2 多轴运动控制的发展状况  9-11
    1.2.1 多轴运动控制器  9-10
    1.2.2 多轴协调控制策略  10-11
  1.3 课题背景及论文的任务  11-12
  1.4 课题的主要内容  12
  1.5 论文各章节的安排  12-13
  1.6 本章小结  13-14
第2章多轴运动控制系统组成与PMAC简介  14-23
  2.1 多轴运动控制系统组成与工作原理  14-15
  2.2 PMAC运动控制卡介绍  15-22
    2.2.1 PMAC卡的主要特点  15-17
    2.2.2 运动轨迹的生成  17-18
    2.2.3 运动模式  18
    2.2.4 PMAC的运动程序  18-22
  2.3 本章小结  22-23
第3章多轴运动控制系统人机界面开发  23-41
  3.1 PComm32简介  23-24
  3.2 模块功能介绍  24-32
    3.2.1 封面与主界面  24-25
    3.2.2 选择设置PMAC卡  25-26
    3.2.3 参数设置  26-27
    3.2.4 手动模式面板  27
    3.2.5 两轴系统平面内的上位图形模拟  27-28
    3.2.6 单行命令窗口  28
    3.2.7 实时位置跟踪与信息存储  28-29
    3.2.8 多轴运动平台的上位机虚拟运行  29-30
    3.2.9 PCB线路板雕刻代码生成组件  30-32
  3.3 SQL Server与ADO技术在软件中的应用  32-35
    3.3.1 SQL Server简介  32-33
    3.3.2 SQL Server数据库管理  33-34
    3.3.3 使用ADO访问数据库  34-35
  3.4 OpenGL技术在软件中的应用  35-37
  3.5 数字图像处理技术在软件中的应用  37-40
    3.5.1 设备无关位图  37-39
    3.5.2 图像的点运算  39-40
    3.5.3 行程编码  40
  3.6 本章小结  40-41
第4章多轴运动控制中交叉耦合控制策略的研究  41-63
  4.1 轮廓误差的定义  41-43
    4.1.1 直线轨迹  41-42
    4.1.2 圆形轨迹  42-43
    4.1.3 一般曲线轨迹  43
  4.2 交叉耦合控制的基本思想  43-44
  4.3 变增益交叉耦合控制  44-45
  4.4 轮廓误差的解耦控制  45-47
  4.5 一种新的基于轮廓误差估计的双轴交叉耦合控制器  47-49
  4.6 交叉耦合控制方法向多轴运动控制系统的扩展  49-50
  4.7 直角坐标系下基于位置和速度的非线性同步控制规律  50-54
    4.7.1 变频器-电动机的数学模型  50-51
    4.7.2 非线性同步控制规律及其实现  51-53
    4.7.3 仿真结果  53-54
  4.8 极坐标下双电机传动系统的协调控制  54-62
    4.8.1 永磁同步电机及其数学模型  55-57
    4.8.2 极坐标下多轴协调运动控制  57-60
    4.8.3 仿真结果  60-62
  4.9 本章小结  62-63
第5章总结与展望  63-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
攻读硕士学位期间发表的论文  68-69
学位论文评阅及答辩情况表  69

多轴运动控制系统人机界面设计与控制策略的研究

内容摘要

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