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基于DSP的焊缝跟踪控制系统设计

作　者: 吴永强
导　师: 原忠虎
学　校: 沈阳大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 焊接机器人焊缝跟踪协调控制模糊控制 DSP
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

焊接是机械制造工业中的一项重要加工手段。传统的人工焊接方式不仅生产效率低,而且难以保证焊接产品质量。新兴的自动化焊接技术由于具有生产效率高,焊接质量稳定可靠等特点,因此受到人们越来越多的关注。焊接自动化需要利用焊接设备得以实现,其中以移动焊接机器人为主体的焊接设备已成为焊接自动化领域的主要发展趋势。因此研究移动焊接机器人具有重要的理论价值和实际意义。本文的主要工作如下:1.重点研究了移动焊接机器人焊缝跟踪问题。首先从整体上分析了移动焊接机器人的关键技术,包括行走机构技术、十字滑块机构技术、传感检测技术、控制技术、控制器构架,提出了采用十字滑块和机器人本体进行协调控制完成焊缝跟踪的控制策略。2.建立了移动焊接机器人的平面运动学模型,并以此为基础设计了两种控制器,PID控制器和模糊-P控制器。模糊-P控制主要根据焊缝偏差量的取值范围来切换两种控制方式,其中模糊控制器的输入是焊缝偏差e和滑块横向调节量L,输出是机器人本体转动角速度。运用Matlab/Simulink工具对机器人的执行部分分别建立了PID控制和模糊-P控制的仿真模型,利用直线、折线、弧线等模拟焊缝类型进行焊缝跟踪仿真实验,实验结果表明模糊-P控制的适应性和抗干扰能力要强于PID控制。3.对移动焊接机器人本体的转弯控制进行了分析,进而得出采用两后轮差速驱动方法来实现本体转弯。设计了基于DSP TMS320F2812芯片同时控制两台直流无刷电机的控制系统,并将驱动左右轮的电机控制系统设计成双闭环调速系统,可以确保控制电机在输入不同的角速度下均能稳定运转。完成了系统总体方案设计、硬件电路设计和软件设计,实际输出的PWM波形证明了该系统的可行性和有效性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-21
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 移动焊接机器人  12-18
  1.3 焊缝跟踪控制方法  18-20
  1.4 本课题主要研究工作  20-21
2 焊接机器人运动学模型与协调控制  21-27
  2.1 机器人运动学模型  21-24
    2.1.1 机器人运动学分析  21-23
    2.1.2 移动机器人转弯半径计算  23-24
  2.2 机器人协调控制  24-26
  2.3 本章小结  26-27
3 焊接机器人模糊控制方法  27-39
  3.1 PID 控制  27-29
    3.1.1 PID 控制基本原理  27-28
    3.1.2 PID 控制器设计  28-29
  3.2 模糊控制  29-32
    3.2.1 模糊控制器工作原理  29
    3.2.2 模糊控制的组成及优缺点  29-32
    3.2.3 模糊控制器设计步骤  32
  3.3 焊接机器人模糊控制器设计  32-38
    3.3.1 改进的模糊控制器设计  32-33
    3.3.2 模糊控制器设计  33-38
  3.4 本章小结  38-39
4 焊缝跟踪控制仿真研究  39-53
  4.1 焊缝跟踪系统仿真模型  39-42
    4.1.1 PID 控制系统仿真模型  39-41
    4.1.2 模糊-P 控制系统仿真模型  41-42
  4.2 仿真实验结果与分析  42-52
    4.2.1 直线焊缝仿真  42-45
    4.2.2 折线焊缝仿真  45-47
    4.2.3 圆弧焊缝仿真  47-50
    4.2.4 变速焊缝跟踪仿真  50-52
  4.3 本章小结  52-53
5 焊接车体电机驱动系统设计  53-69
  5.1 系统总体方案设计  53-56
    5.1.1 控制器 DSP 概述  54-55
    5.1.2 DSP 资源  55
    5.1.3 无刷直流电机  55-56
    5.1.4 无刷直流电机控制  56
  5.2 硬件电路设计  56-61
    5.2.1 电源转换电路  57-58
    5.2.2 驱动逆变电路  58-59
    5.2.3 外部存储器扩展  59-60
    5.2.4 角速度输入电路  60
    5.2.5 电流的检测与计算  60-61
    5.2.6 位置检测和速度计算  61
  5.3 软件系统设计  61-66
    5.3.1 车轮驱动电机转速计算  61-62
    5.3.2 DSP 软件开发过程  62-63
    5.3.3 主程序设计  63
    5.3.4 差速控制程序设计  63-64
    5.3.5 周期中断服务程序设计  64-65
    5.3.6 PI 调节器设计  65-66
  5.4 实验结果及分析  66-67
  5.5 本章小结  67-69
6 结论与展望  69-71
参考文献  71-75
在学期间研究成果  75-76
致谢  76-77

基于DSP的焊缝跟踪控制系统设计

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