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相位中心机器人同步控制技术研究

作　者: 宋飞飞
导　师: 王志胜
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 系统工程
关键词: 相位中心机器人 同步控制 交叉耦合 BP神经网络 PID控制
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


相位中心机器人是实现相位中心保持不变的两自由度天线测试机器人。由于相位中心机器人采用俯仰运动加补偿运动的方法来实现天线俯仰角的运动，因此若要保证相位中心在俯仰角运动过程中不变，则必须保证补偿轴与俯仰轴实现同步运动。本文着重研究同步控制技术，所作的主要工作包括：首先，根据相位中心机器人的结构及工作原理，构建了精确的数学模型。研究了传统的PID控制算法在主从式、等同式与交叉耦合式同步控制中的应用，仿真结果表明交叉耦合式同步控制的同步性能最好。其次，针对传统PID控制器对非线性系统控制效果欠佳，利用BP神经网络与PID控制器相结合的方法，设计出参数自学习的BP网络的PID控制器。仿真实验验证了算法的有效性。最后，对相位中心机器人控制系统进行了硬件和软件设计。其中，硬件部分主要由单片机的最小系统、RS232与RS485通信、SC16C554芯片功能、PWM波输出等硬件电路模块组成；软件部分详细介绍了基于COS-操作系统主要任务的软件实现流程，并以串口接收数据为例介绍驱动程序代码编写。实验证明，相位中心机器人控制系统能够精确达位且收敛速度快，并且交叉耦合式的BP神经网络PID控制算法有效的减小了系统的同步误差，使系统的同步误差控制在可接受的范围之内。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-16
  1.1 课题研究背景及意义  12
  1.2 国内外机器人同步控制技术的发展  12-14
  1.3 本文的主要研究工作  14-16
第二章 基于 PID 的同步控制技术研究  16-33
  2.1 相位中心机器人简介  16-18
    2.1.1 相位中心机器人的机械结构  16
    2.1.2 系统的数学建模  16-18
  2.2 同步控制基本分类  18-20
    2.2.1 主从式同步控制结构及其原理  19
    2.2.2 等同式同步控制结构及其原理  19-20
    2.2.3 交叉耦合式同步控制结构及其原理  20
  2.3 PID 控制算法  20-22
  2.4 同步性能验证  22-32
    2.4.1 基于 PID 的主从式同步控制  22-25
    2.4.2 基于 PID 的等同式同步控制  25-27
    2.4.3 基于 PID 的交叉耦合式同步控制  27-30
    2.4.4 三种同步控制性能比较  30-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章 基于神经网络的同步控制技术研究  33-43
  3.1 神经网络控制算法  33-37
    3.1.1 神经网络简介  33-34
    3.1.2 基于 BP 神经网络自学习的 PID 控制  34-37
  3.2 交叉耦合式的同步控制器设计  37-40
    3.2.1 同步控制策略  37-38
    3.2.2 耦合控制器设计  38-40
  3.3 同步性能验证  40-42
    3.3.1 基于神经网络的同步性能验证  40-41
    3.3.2 传统 PID 控制器与神经网络控制器仿真比较  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章 相位中心机器人控制系统实现  43-61
  4.1 相位机器人硬件方案设计  43-44
    4.1.1 相位中心机器人控制系统结构设计  43
    4.1.2 相位中心机器人的主要性能指标  43-44
  4.2 相位中心机器人硬件设计  44-51
    4.2.1 供电电路  44-45
    4.2.2 单片机最小系统  45-46
    4.2.3 RS232 通信接口  46-47
    4.2.4 RS485 通信接口  47-48
    4.2.5 SC16C554 工作原理及电路设计  48-51
    4.2.6 PWM 波产生及其电路  51
  4.3 系统软件设计  51-57
    4.3.1 控制系统的主流程图  51-53
    4.3.2 主要任务的流程图简介  53-57
  4.4 软件开发平台及驱动程序设计  57-60
    4.4.1 软件开发平台  57-58
    4.4.2 μCOS-Ⅱ驱动程序设计  58-60
  4.5 本章小结  60-61
第五章 总结与展望  61-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
在学期间的研究成果及发表的学术论文  67-68
附录一 相位中心机器人实物图  68-69
附录二 相位中心机器人控制柜  69
附录三 相位中心机器人人机交互主界面  69-70
附录四 相位中心机器人主控制器  70-71
附录五 相位中心机器人功率放大器  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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