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气浮工作台控制系统研究

作　者: 魏建华
导　师: 林彬
学　校: 天津大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 超精密气浮平台直线电机滑模变控制 LabVIEW 运动控制
分类号: TH703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着科学技术的不断发展以及机械加工技术的不断进步,高精度和高分辨率的精密工作台系统在近代尖端工业生产和科学研究领域内占有极为重要的地位。通过研究总结国内外大行程超精密平台的发展,可以看出超精密工作台的一个发展方向,即采用空气静压导轨,利用直线电机的直接驱动技术研究开发的超精密工作台,相对于其他的方式更具有优势。而采用基于PC和运动控制卡的开放式数控系统则是设计工作台控制系统的最佳选择。本文通过对精密工作台的关键技术的研究,决定采用直线电机、开式空气静压导轨、精密光栅尺、高性能运动控制卡等搭建整个运动系统,并通过比较和研究,确定硬件系统的选型。同时,采用LabVIEW软件设计具有良好人机交互界面的控制系统,以满足工作台的精度和速度等指标要求。工作台运行不但要求速度快,精度高,而且还要最大程度的消除振动。因此,本文对轨迹规划进行了研究,提出了适合超精密工作台的轨迹方式。同时,本文还对基于LabVIEW实现插补的算法进行了分析研究。随着控制技术的不断发展,越来越多的现代控制方法被应用到现代工业之中。考虑工作台的特性,以及对速度,精度等指标的要求,采用基于指数趋近律、变速趋近律、组合趋近律三种控制方案,通过计算机仿真,比较了各种方案的控制效果。同时,还通过与采用PID控制方式的控制效果的比较,并合理设置控制参数,确定了最佳的控制方案。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-19
  1.1 引言  7-8
  1.2 超精密工作台的驱动特点和控制技术  8-14
    1.2.1 直接驱动的特点  8-9
    1.2.2 控制方法介绍  9-14
  1.3 直线电机控制技术国内外发展现状  14-17
    1.3.1 国外直线电机控制技术发展现状  14-16
    1.3.2 国内直线电机控制技术发展现状  16-17
  1.4 工作台的控制技术  17-18
  1.5 课题的提出及本文的目的  18-19
第二章超精密工作台控制的关键技术  19-36
  2.1 概述  19
  2.2 控制系统的结构设计  19-25
    2.2.1 控制系统的组成  19-20
    2.2.2 控制器的选择  20-23
    2.2.3 执行机构的选择  23
    2.2.4 直线电机驱动全闭环交流伺服系统  23-25
  2.3 轨迹规划  25-29
  2.4 基于LabVIEW 的插补设计  29-34
    2.4.1 插补概述  29-30
    2.4.2 直线插补  30-33
    2.4.3 圆弧插补  33-34
  2.5 本章小结  34-36
第三章控制系统的仿真  36-53
  3.1 永磁直线电机简介  36-38
    3.1.1 概述  36
    3.1.2 永磁直线电机的基本结构  36-37
    3.1.3 永磁直线电机的基本工作原理  37-38
  3.2 超精密工作台的数学模型建立  38-39
  3.3 基于滑模变控制理论的控制器设计  39-43
    3.3.1 滑模变控制理论概述  39-40
    3.3.2 滑模变控制理论基本原理  40-42
    3.3.3 基于指数趋近律的控制器设计  42
    3.3.4 基于变速趋近律的控制器设计  42-43
    3.3.5 基于组合趋近律的控制器设计  43
  3.4 超精密工作台控制系统仿真  43-51
    3.4.1 超精密工作台的控制系统建立  43-44
    3.4.2 不同控制器的控制效果分析  44-50
    3.4.3 气浮阻尼对控制系统的影响分析  50-51
    3.4.4 与PID 控制方式的比较分析  51
  3.5 本章小结  51-53
第四章控制系统设计  53-68
  4.1 硬件系统设计  53-57
    4.1.1 直线电机的选型  53-54
    4.1.2 运动控制卡的选型  54-56
    4.1.3 光栅尺的选型  56-57
  4.2 软件系统设计  57-66
    4.2.1 控制系统的设计概述  57-58
    4.2.2 控制系统主要功能模块的设计  58-63
    4.2.3 人机交互界面的设计  63-65
    4.2.4 控制系统的实现  65-66
  4.3 本章小结  66-68
第五章结论与展望  68-70
  5.1 本文结论  68-69
  5.2 展望  69-70
参考文献  70-73
致谢  73

气浮工作台控制系统研究

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