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半筒焊接进给工作台伺服控制系统的研究

作　者: 周超
导　师: 顾慧萍
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 伺服控制进给工作台摩擦补偿同步联动差速负反馈
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文以焊接自动化技术为背景,针对需要自行研制的焊接进给工作台,主要研究工作台进给系统的伺服控制技术,根据工作台在实际运行时所将面临的工件与焊极接触状态检测、低速运行稳定性以及竖直方向实现双电机同步联动等问题展开分析并给出解决方案,为焊接进给工作台的具体实现提供理论基础。在设计出进给工作台控制系统总体方案,并分析了进给传动系统数学模型的基础上,本文对所面临的实际问题进行逐一分析解决。首先,提出了通过测量电机输出扭矩的方法来确保工件与下焊极之间的紧密接触状态,并设计了一种基于作用力与反作用力的新的应变式扭矩测量方案实现该功能。其次利用测得的扭矩信号,来分析工作台伺服系统低速运行时的摩擦力情况,建立了Stribeck摩擦模型,并依据此摩擦模型,设计了基于摩擦前馈补偿的PID控制算法。利用Matlab进行仿真,其结果证明摩擦前馈补偿控制可以提高伺服系统在低速运行中的稳定性,并且能够减少系统的爬行现象。最后,针对工件跨度较大而引出的竖直方向上双电机同步联动控制问题,提出了差速负反馈控制方法,并分析了该方法在实现电机同步控制中对于系统动静态性能所产生的影响。研究和仿真表明,采用比例—积分的差速负反馈方法可以使双电机系统在跟踪速度阶跃信号时保持同步,在特定情况下甚至可以在跟踪匀加速指令信号时也能够保持同步。此外,由差速负反馈控制下的动态性能分析可得,积分作用的存在将减小系统的阻尼比最大值,降低系统的稳定裕度,故此应该折衷地考虑其与比例系数的取值,从而来获取良好的同步性能。实验结果亦验证了差速负反馈方法在双电机同步控制中的可行性和有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-12
  1.1 课题的来源及意义  8-9
  1.2 焊接自动化技术的研究意义及发展现状  9-10
    1.2.1 焊接自动化研究的意义  9
    1.2.2 国内外焊接自动化技术的发展现状  9-10
  1.3 伺服控制技术在焊接自动化中的应用  10-11
  1.4 本文主要研究内容  11-12
第2章半筒焊接工作台控制系统总体设计  12-21
  2.1 半筒焊接工作台总体功能及要求  12-13
  2.2 工作台执行电机选定  13-14
  2.3 控制芯片选用  14
  2.4 控制系统硬件设计  14-18
    2.4.1 硬件系统总体框架  14-15
    2.4.2 电流检测电路  15-17
    2.4.3 编码器信号采集电路  17-18
  2.5 控制系统软件设计  18-20
  2.6 本章小结  20-21
第3章工作台伺服系统建模  21-27
  3.1 机械传动部分建模  22-23
  3.2 电气传动部分建模  23-25
  3.3 模型总体传递函数分析  25-26
  3.4 本章小结  26-27
第4章扭矩信号测量及摩擦补偿控制器设计  27-41
  4.1 工件与电极接触状态检测  27-30
    4.1.1 电机输出扭矩控制  27-28
    4.1.2 电机输出扭矩测量方案设计  28-30
  4.2 摩擦前馈补偿控制器设计  30-40
    4.2.1 摩擦对伺服系统低速平稳性能的影响分析  31-32
    4.2.2 伺服进给系统摩擦识别数学模型  32-34
    4.2.3 摩擦模型分析建立  34-37
    4.2.4 基于摩擦补偿的控制算法设计及仿真  37-40
  4.3 本章小结  40-41
第5章双电机同步联动控制方法设计  41-55
  5.1 双电机同步联动控制原理分析  41-42
  5.2 差速度负反馈控制的稳态性能分析  42-47
    5.2.1 模型描述  42-44
    5.2.2 稳态性能分析  44-45
    5.2.3 差速负反馈控制仿真分析  45-47
  5.3 差速负反馈控制的动态性能分析  47-50
    5.3.1 模型分析  47-48
    5.3.2 动态性能分析  48-50
  5.4 实验及结果分析  50-53
  5.5 本章小结  53-55
结论  55-57
参考文献  57-61
攻读学位期间发表的学术论文  61-63
致谢  63

半筒焊接进给工作台伺服控制系统的研究

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