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工业CT扫描运动同步控制研究

作　者: 孙亚星
导　师: 王珏
学　校: 重庆大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 工业CT 运动控制 永磁同步电机(PMSM) 同步控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 107次
引　用: 1次
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内容摘要


工业CT作为现代化数字辐射成像系统,在实际生产中得到越来越广泛的应用。随着生产的发展,对工业CT成像速度和成像精度的要求越来越高。提高工业CT扫描运动的控制精度和多轴运动同步控制精度是当前研究的难点和热点。本文就提高工业CT单轴运动控制精度和多轴运动同步控制精度展开研究。论文首先分析工业CT扫描方式对运动控制的需求,然后对运动控制的控制对象——永磁同步电机(PMSM)进行建模,阐述其控制原理,并以之为中心构建位置伺服系统。在此基础上,对PMSM位置伺服系统和执行机构分别建模,并分析影响系统性能的因素。论文在分析PID控制与模糊控制基本原理、控制器结构和优缺点的基础上,将PID控制与模糊控制相结合,采用模糊控制对PID控制器参数实现在线调整。然后,分别采用积分分离PID控制、论域自调整模糊控制和模糊参数自整定PID控制对伺服系统位置环进行设计和仿真。仿真结果表明,积分分离PID控制具有较快的响应速度,但抗干扰能力不及论域自调整模糊控制;论域自调整模糊控制稳态存在误差,而且会出现抖振现象;而模糊参数自整定PID控制具有系统响应超调小,抗干扰能力强等优点。在讨论单轴运动控制精度问题的基础上,论文就多轴运动同步控制精度问题进行研究。在介绍现行多轴同步运动控制系统结构后,讨论相邻交叉耦合控制结构的原理及控制器设计方法,并对采用该结构的基于PID控制的系统稳定性进行证明。最后,就采用并行控制结构、主从控制结构和相邻交叉耦合控制结构的两轴同步控制系统进行了建模和仿真,仿真结果表明:相邻交叉耦合控制结构具有较高的同步精确度和较强的抗干扰能力。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-16
  1.1 课题的背景  9
  1.2 辐射成像技术  9-12
    1.2.1 无损检测技术  9-10
    1.2.2 DR 技术  10-11
    1.2.3 CT 技术  11-12
  1.3 运动控制  12-14
    1.3.1 运动控制系统  12-13
    1.3.2 运动控制系统的发展历程  13
    1.3.3 交流伺服系统控制策略  13-14
  1.4 本文主要研究内容  14-15
  1.5 本章小结  15-16
2 工业CT 扫描运动系统建模  16-31
  2.1 工业CT 简介  16-20
    2.1.1 工业CT 系统组成  16
    2.1.2 工业CT 扫描方式  16-19
    2.1.3 工业CT 运动控制需求  19-20
  2.2 PMSM 数学模型和矢量控制策略  20-26
    2.2.1 PMSM 在d-q 轴下的数学模型  21-23
    2.2.2 矢量控制策略  23-25
    2.2.3 基于i_d = 0 控制的PMSM 位置伺服系统组成  25-26
  2.3 位置伺服系统构成  26-30
    2.3.1 位置伺服系统的控制方式  26-27
    2.3.2 PMSM 位置伺服系统建模  27-29
    2.3.3 执行机构部分的建模  29-30
  2.4 本章小结  30-31
3 PID 控制和模糊控制  31-40
  3.1 PID 控制  31-33
    3.1.1 PID 控制器基本原理  31-32
    3.1.2 PID 控制算法参数整定方法  32-33
    3.1.3 PID 控制算法局限性及改进  33
  3.2 模糊控制  33-37
    3.2.1 模糊控制器的基本原理  34-35
    3.2.2 模糊控制器的设计步骤  35-36
    3.2.3 模糊控制的优势和局限  36-37
  3.3 模糊参数自整定PID 控制  37-39
    3.3.1 模糊参数自整定PID 控制器的结构  37-38
    3.3.2 模糊参数自整定PID 控制器的设计步骤  38-39
  3.4 本章小结  39-40
4 单轴位置伺服系统位置环设计与仿真  40-60
  4.1 PMSM 速度伺服系统MATLAB 仿真  40-42
    4.1.1 仿真环境简介  40
    4.1.2 PMSM 速度伺服控制系统仿真  40-42
  4.2 积分分离PID 控制及仿真结果  42-46
    4.2.1 积分分离PID 控制  42-43
    4.2.2 基于积分分离PID 控制的PMSM 位置伺服系统仿真  43-46
  4.3 论域自调整模糊控制及其仿真  46-51
    4.3.1 论域自调整模糊控制  46-48
    4.3.2 基于论域自调整模糊控制的PMSM 位置伺服系统仿真  48-51
  4.4 模糊参数自整定PID 控制  51-59
    4.4.1 模糊参数自整定PID 控制器的具体设计  51-54
    4.4.2 基于模糊参数自整定PID 控制的PMSM 位置伺服系统仿真  54-59
  4.5 本章小结  59-60
5 多轴同步运动控制策略研究与仿真  60-77
  5.1 多轴同步运动控制策略研究现状  60-63
    5.1.1 并行同步控制  60-61
    5.1.2 主从同步控制  61-62
    5.1.3 交叉耦合同步控制  62
    5.1.4 偏交叉耦合同步控制  62-63
  5.2 相邻交叉耦合控制结构  63-66
    5.2.1 基于最小相关轴数目的同步控制思想  63-64
    5.2.2 相邻耦合误差定义  64-65
    5.2.3 基于相邻交叉耦合控制的多轴同步控制系统结构  65-66
  5.3 基于相邻交叉耦合控制的控制器设计  66-69
    5.3.1 控制器结构  66
    5.3.2 同步误差ε控制器设计  66-69
  5.4 多轴同步运动控制系统仿真  69-76
    5.4.1 多轴同步运动控制系统的仿真模型  69
    5.4.2 多轴同步运动控制系统的仿真结果分析  69-76
  5.5 本章小结  76-77
6 总结与展望  77-79
  6.1 本文工作  77-78
  6.2 本文展望  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-83
附录  83

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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 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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