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平面电机运动控制系统的研究

作　者: 李晓飞
导　师: 刘新妹；殷俊龄
学　校: 中北大学
专　业: 仪器仪表工程
关键词: 平面电机运动控制驱动器 LabVIEW
分类号: TM301.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 8次
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内容摘要

在现代高新技术领域，如光刻技术、超精密机械加工及测量、集成电路制造和生物细胞作业等，对二维定位装置和技术的要求越来越高，能实现高速度、高精度的二维定位装置是平面运动未来发展的一项关键技术。与传统旋转电机配合传动机构来实现二维运动相比，平面电机不需要转换机构就可以直接实现二维平面运动，它具有结构简单、定位精度高和速度快等优点。本文首先阐述了课题的来源、目的和意义，并对平面电机国内外研究现状进行了综述。在探讨了台湾HIWIN推出的平面电机LMSP(Linear servo planar motor)结构、工作原理和电磁特性的基础上，分析研究了平面电机的几种典型控制方法。然后，根据LMSP的性能特点，详细分析了控制系统所选择的运动控制卡，匹配了合适的驱动器LMDX，优选配置了控制系统所必需的外围设备。随后对控制系统各个组件的接口进行了设计，构建了一套完整的平面电机运动控制系统。在上述硬件平台的基础上，以LabVIEW为开发平台对运动控制系统软件进行了设计，主要包括初始化模块设计、控制模块设计和关闭系统模块设计。通过分别对系统进行的直线运动、圆弧运动和圆周运动定位实验，得出了X、Y轴的跟随误差曲线，实验结果显示了该控制系统良好的定位精度和稳定性，满足了平面电机系统的控制要求，实现了预期的各项技术指标。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
1 绪论  9-25
  1.1 课题的来源、目的和意义  9-11
  1.2 平面电机国内外研究现状  11-17
    1.2.1 平面步进电机  11-13
    1.2.2 平面感应电机  13-14
    1.2.3 平面永磁电机  14-17
  1.3 平面电机结构和工作原理  17-22
    1.3.1 平面电机结构  17-19
    1.3.2 平面电机工作原理  19-22
  1.4 平面电机的电磁特性  22-24
  1.5 本文主要研究内容  24-25
2 平面电机控制方法概述  25-35
  2.1 PID 控制  25-28
    2.1.1 比例控制单元  26
    2.1.2 积分控制单元  26-27
    2.1.3 微分控制单元  27-28
  2.2 模糊控制  28-30
  2.3 自抗扰控制  30-34
    2.3.1 跟踪微分器  31
    2.3.2 非线性状态误差反馈  31-32
    2.3.3 扩张状态观测器  32-34
  2.4 本章小结  34-35
3 平面电机运动控制系统硬件实现  35-51
  3.1 运动控制系统分类  36-37
    3.1.1 开环控制系统  36
    3.1.2 闭环控制系统  36-37
  3.2 运动控制卡分类  37-39
    3.2.1 基于 PC 机的 SOFT 型运动控制卡  37
    3.2.2 基于 DSP 的运动控制卡  37-38
    3.2.3 基于专用运动控制芯片的运动控制卡  38-39
  3.3 运动控制卡选型和分析  39-45
    3.3.1 中心控制单元  41-43
    3.3.2 通信接口单元  43-45
  3.4 驱动器 LMDX  45-46
  3.5 外围设备  46-47
  3.6 系统整体连接  47-50
    3.6.1 运动控制卡与驱动器的连接  47-48
    3.6.2 驱动器与平面电机的连接  48-49
    3.6.3 平面电机到驱动器的反馈连接  49-50
  3.7 本章小结  50-51
4 平面电机运动控制系统软件设计  51-62
  4.1 LabVIEW 简介  51
  4.2 LabVIEW 编程环境和开发过程  51-53
    4.2.1 LabVIEW 编程环境  51-52
    4.2.2 LabVIEW 开发过程  52-53
  4.3 PCI-4P 卡动态链接库函数生成  53-55
    4.3.1 DLL 简介  53
    4.3.2 DLL 调用方法  53-55
  4.4 多轴运动控制的程序实现  55-61
    4.4.1 初始化模块  56-57
    4.4.2 运动控制模块  57-60
    4.4.3 暂停模块和关闭系统模块  60-61
  4.5 本章小结  61-62
5 实验与误差分析  62-72
  5.1 独立模式测试  62-66
  5.2 脉冲模式测试  66-71
    5.2.1 直线运动实验  67-69
    5.2.2 圆弧运动实验  69-70
    5.2.3 圆周运动实验  70-71
  5.3 本章小结  71-72
6 总结与展望  72-74
参考文献  74-77
攻读硕士期间发表的论文及研究成果  77-78
致谢  78-79

平面电机运动控制系统的研究

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