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贴片机双电机同步控制系统设计与实现

作　者: 王建锋
导　师: 吴立刚
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 同步控制模糊自适应整定PID 偏差耦合控制数字信号处理器(DSP)
分类号: TM301.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

贴片机是将微小电子元件快速准确的贴装在PCB板上的精密设备,其整体系统主要包括两方面,其一为机器视觉系统,用来寻找贴装点,定位原件在PCB板上的位置;其二为运动控制系统,用来控制贴片头在XY平面的运动。本文主要研究贴片机运动控制系统中一个重要问题,即采用双电机驱动贴片头在XY平面某一方向上的运动,这就涉及到了双电机同步控制问题。多电机同步控制系统在工业领域应用广泛,如在某些数控机床、轧钢厂的双边剪机组等设备的运动控制系统中都能抽象出双电机同步控制问题,所以本文研究内容有重要实际意义。本文从贴片机实际应用角度出发,采用两台直流电机作为驱动装置,根据电机实际参数建立了数学模型,基于此模型研究了直流电机三环控制系统,设计了电流环、速度环、位置环调节器,并进行了仿真分析,验证其正确性。同时,为解决传统PID控制在双电机同步控制系统中存在的弊端,本文采用偏差耦合控制策略设计了双电机同步控制系统,并根据模糊自适应整定PID参数的算法设计了补偿器,仿真结果表明,该控制策略和算法能够很好的解决双电机同步控制问题。双电机同步控制硬件系统设计是本文工作重点。为实现电流环闭环控制,采用TMS320LF2407A高速数字信号处理器作为算法处理单元,基于该芯片的PWM脉冲输出功能,设计了门极驱动电路和H桥式电路,用以驱动电机,通过采样电阻对电机电枢电流进行采样,反馈到DSP芯片,进而完成电流闭环控制。为实现双电机同步控制以及单电机速度和位置的闭环控制,采用PCM3362作为控制单元、CPLD作为译码单元设计了同步控制板,并基于ISA总线设计了通讯接口板,整个硬件系统采用模块化结构设计,驱动板与同步控制板独立成形,方便系统调试与维修,提高了设备扩展性。实际调试证明,本文所设计硬件系统与算法能够达到贴片机同步运动控制要求,并为以后先进控制算法在生产设备上进行验证创造了条件。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 背景及意义  10-12
  1.2 多电机同步控制技术的发展  12-18
    1.2.1 多电机同步控制技术实现方式  12-13
    1.2.2 多电机同步控制策略分析  13-17
    1.2.3 多电机同步控制算法分析  17-18
  1.3 本文的主要研究内容  18-20
第2章直流电机控制系统设计  20-38
  2.1 引言  20
  2.2 直流电机数学模型及调速方案  20-24
    2.2.1 直流电机的调速方案选择  20-21
    2.2.2 直流电机的数学模型及动态结构  21-24
  2.3 直流电机闭环控制系统设计  24-37
    2.3.1 直流电机调速系统设计  24-26
    2.3.2 直流电机位置随动系统设计  26-27
    2.3.3 位置随动系统误差分析  27-30
    2.3.4 位置随动系统仿真分析  30-37
  2.4 本章小结  37-38
第3章模糊自适应整定PID补偿器设计  38-47
  3.1 引言  38
  3.2 模糊自适应整定PID控制器原理及设计过程  38-41
    3.2.1 输入量化  39-40
    3.2.2 模糊化  40
    3.2.3 模糊自适应规则  40-41
    3.2.4 解模糊化  41
    3.2.5 输出量化  41
  3.3 模糊自适应PID补偿器设计及仿真分析  41-45
  3.4 小结  45-47
第4章双电机同步控制系统硬件电路设计  47-68
  4.1 引言  47-48
  4.2 底层驱动电路板设计  48-54
    4.2.1 H桥式电路  48-51
    4.2.2 整流滤波电路  51-52
    4.2.3 电流采样电路  52-53
    4.2.4 保护电路  53
    4.2.5 电源电路  53
    4.2.6 接口电路  53-54
  4.3 驱动控制电路板设计  54-60
    4.3.1 DSP最小系统  54-57
    4.3.2 驱动板接口电路及采样信号处理电路  57
    4.3.3 上位机接口及数据处理电路  57-59
    4.3.4 串口通讯电路  59-60
  4.4 同步控制电路板设计  60-66
    4.4.1 PCM3362 系统介绍  61-62
    4.4.2 CPLD介绍  62-63
    4.4.3 外围接口电路  63-64
    4.4.4 上位机接口电路  64-66
  4.5 小结  66-68
第5章双电机同步控制系统软件设计  68-81
  5.1 引言  68
  5.2 驱动控制程序  68-72
    5.2.1 初始化程序  69-71
    5.2.2 AD采样程序  71-72
    5.2.3 电机启动、停止、控制程序  72
    5.2.4 故障保护程序  72
  5.3 位置控制程序设计  72-80
    5.3.1 DOS系统介绍  72-73
    5.3.2 PCM3362 存储器结构  73-74
    5.3.3 PCM3362 的I/O端口操作  74
    5.3.4 PCM3362 中断系统  74-75
    5.3.5 调速程序设计  75
    5.3.6 位置控制程序设计  75-80
  5.4 小结  80-81
结论  81-83
参考文献  83-88
致谢  88

贴片机双电机同步控制系统设计与实现

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