在早期階段，直流調(diào)速系統(tǒng)在傳動(dòng)領(lǐng)域中占統(tǒng)治地位。然而，從60年代后期開(kāi)始，交流電動(dòng)機(jī)在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域正在取代直流電動(dòng)機(jī)，交流傳動(dòng)變得越來(lái)越經(jīng)濟(jì)和受歡迎。永磁交流伺服系統(tǒng)作為電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的重要組成部分，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重大的作用。永磁同步電動(dòng)機(jī)以其特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于中小功率傳動(dòng)場(chǎng)合，成為研究的重要領(lǐng)域。然而，永磁同步電動(dòng)機(jī)具有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)脈動(dòng)，而對(duì)于這些應(yīng)用場(chǎng)合，轉(zhuǎn)矩平滑通常是基本要求。因此，對(duì)永磁交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用，必須考慮其轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制問(wèn)題。本文針對(duì)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中參數(shù)變化對(duì)電機(jī)性能的影響，以永磁同步電機(jī)為例，圍繞如何通過(guò)參數(shù)辨識(shí)來(lái)提高永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制性能，借助自行開(kāi)發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)定向控制，參數(shù)辨識(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和擴(kuò)展卡爾曼濾波在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高系統(tǒng)性能幾個(gè)方面展開(kāi)深入的研究。 本文從永磁同步電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)通過(guò)參數(shù)辨識(shí)抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行了較為細(xì)致的分析。針對(duì)不同情況，通過(guò)改進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，提出了多種參數(shù)辨識(shí)方法。主要內(nèi)容如下： 1、基于定子磁鏈方程，建立了永磁同步電動(dòng)機(jī)的一般數(shù)學(xué)模型。經(jīng)坐標(biāo)變換，得出在靜止兩相（α—β）坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)兩相（d—q）坐標(biāo)系下永磁同步電動(dòng)機(jī)電壓方程和轉(zhuǎn)矩方程。 2、分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)id=0矢量控制系統(tǒng)的工作原理，介紹了永磁同步電動(dòng)基于磁場(chǎng)定向的矢量控制的基本概念。經(jīng)對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析，推導(dǎo)并建立了id=0控制時(shí)整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 3、基于超穩(wěn)定性理論的模型參考自適應(yīng)控制原理，設(shè)計(jì)了一種模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)，考慮電機(jī)參數(shù)的時(shí)變性，對(duì)永磁交流伺服系統(tǒng)的繞組電阻和電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩辨識(shí)進(jìn)行了研究，以保持系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。利用Matlab/Simulink建立仿真模型，對(duì)控制性能進(jìn)行了驗(yàn)證，仿真實(shí)驗(yàn)證明這種方法的可行性。 4、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)性能，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能以任意精度逼近非線性函數(shù)，因此為非線性系統(tǒng)辨識(shí)提供了一個(gè)強(qiáng)有力的工具。本章針對(duì)永磁同步電機(jī)提出了一種以電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為目標(biāo)函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案，同時(shí)應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論建立和設(shè)計(jì)了負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)辨識(shí)的算法以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)的補(bǔ)償方法，并應(yīng)用MATLAB軟件進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，仿真證明和傳統(tǒng)的控制方法相比，以電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為指導(dǎo)值和目標(biāo)函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案能有效地提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度，能有效地改善控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，具有跟蹤性能好和魯棒性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 5、電機(jī)的參數(shù)會(huì)隨著溫升和磁路飽和發(fā)生變化，需進(jìn)行在線實(shí)時(shí)辨識(shí)。本文利用電機(jī)的定子電流、電壓和轉(zhuǎn)速，采用遞推最小二乘法進(jìn)行在線參數(shù)辨識(shí)，該方法不需要觀測(cè)的磁鏈信號(hào)，消除了磁鏈觀測(cè)和參數(shù)辨識(shí)的耦合。電機(jī)狀態(tài)方程由于存在狀態(tài)變量的乘積項(xiàng)，對(duì)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)以后，仍然是非線性方程，為了對(duì)電機(jī)狀態(tài)方程進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，得到電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)值，本文采用擴(kuò)展卡爾曼濾波進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，對(duì)以上方法的仿真實(shí)驗(yàn)得到了滿意的結(jié)果。 6、本文基于數(shù)字電機(jī)控制專用DSP自行開(kāi)發(fā)了全數(shù)字永磁交流伺服系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展卡爾曼濾波對(duì)電阻和磁鏈的估計(jì)，以及基于磁場(chǎng)定向的空間矢量控制算法，獲得了令人滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明擴(kuò)展卡爾曼濾波算法對(duì)電阻和磁鏈的實(shí)時(shí)估計(jì)是很準(zhǔn)確的，由此構(gòu)成的永磁交流伺服系統(tǒng)具有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。
標(biāo)簽： 電機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng) 參數(shù)辨識(shí)
上傳時(shí)間： 2013-07-28
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永磁同步電機(jī)是同步電機(jī)的一個(gè)重要類型，其轉(zhuǎn)子一般采用稀土永磁材料做激磁磁極，與傳統(tǒng)同步電機(jī)相比，體積和重量大為減小，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維護(hù)更方便。現(xiàn)代電氣傳動(dòng)控制的發(fā)展趨勢(shì)之一是開(kāi)發(fā)新的交流調(diào)速與伺服系統(tǒng)。無(wú)論在矢量控制還是標(biāo)量控制中，轉(zhuǎn)速與位置的閉環(huán)控制都需要在電機(jī)軸上安裝一個(gè)速度傳感器，但是由于速度傳感器的引進(jìn)不僅增加了成本，降低了系統(tǒng)可靠性，還存在安裝問(wèn)題，效果并不十分理想。因此高性能無(wú)速度傳感器控制成為近年來(lái)電機(jī)研究的熱點(diǎn)。 本文在系統(tǒng)介紹卡爾曼濾波器的基礎(chǔ)上，將其引入到永磁同步電機(jī)無(wú)速度傳感器狀態(tài)觀測(cè)中。由于永磁同步電機(jī)是一個(gè)強(qiáng)耦合的多階非線性系統(tǒng)，本文采用了工程實(shí)際中普遍采用的泰勒展開(kāi)式截?cái)嗟姆椒ǎ瑢?duì)電機(jī)方程線性化處理，將卡爾曼濾波算法推廣至非線性系統(tǒng)，并加入了反映電機(jī)系統(tǒng)模型誤差和環(huán)境干擾的系統(tǒng)噪聲和測(cè)量噪聲模型，形成擴(kuò)展卡爾曼濾波算法。擴(kuò)展卡爾曼濾波器將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速作為系統(tǒng)狀態(tài)變量進(jìn)行實(shí)時(shí)估算，并將所得信息反饋到永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)中。通過(guò)仿真，與電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比較，證明了擴(kuò)展卡爾曼濾波具有良好的動(dòng)態(tài)跟蹤能力和抗噪聲能力。 針對(duì)擴(kuò)展卡爾曼濾波算法在無(wú)速度傳感器控制中存在的不足，本文給出了降階線性卡爾曼濾波算法。降階線性卡爾曼濾波算法重新選擇了系統(tǒng)狀態(tài)變量，建立新的完全線性化的系統(tǒng)方程，并且卡爾曼濾波算法中的系統(tǒng)協(xié)方差矩陣成為時(shí)不變序列，因此可以直接應(yīng)用線性卡爾曼濾波算法。仿真結(jié)果證明，與擴(kuò)展卡爾曼濾波算法相比，新的算法更加簡(jiǎn)單，減輕了繁重的參數(shù)調(diào)節(jié)任務(wù)，易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，不僅具備擴(kuò)展卡爾曼濾波算法的優(yōu)勢(shì)，而且在某些性能方面超越了擴(kuò)展卡爾曼濾波算法。 通過(guò)分析得知，由于將系統(tǒng)模型不確定性與測(cè)量噪聲體現(xiàn)在系統(tǒng)方程中，因此卡爾曼濾波算法在狀態(tài)估算方面具有良好的性能。本文以降階線性卡爾曼濾波 算法為理論基礎(chǔ)，以永磁同步電機(jī)為對(duì)象，以數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）為核心，設(shè)計(jì)了電機(jī)狀態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。整個(gè)方案在不增加成本的基礎(chǔ)上，充分利用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）豐富的資源和強(qiáng)大的運(yùn)算能力，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)相電流，實(shí)時(shí)估算出電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)速度傳感器，為電機(jī)控制系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速反饋信息。本文的下一步主要工作便是將此系統(tǒng)付諸實(shí)踐，應(yīng)用于實(shí)際工程中，對(duì)卡爾曼濾波算法在永磁同步電機(jī)無(wú)速度傳感器控制方面的性能進(jìn)行進(jìn)一步研究。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；無(wú)速度傳感器；卡爾曼濾波
標(biāo)簽： 卡爾曼 濾波算法 永磁同步電機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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果園收獲作業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化是廣大果農(nóng)們關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，開(kāi)展果樹(shù)采摘機(jī)器人研究，不僅對(duì)于適應(yīng)市場(chǎng)需求、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高經(jīng)濟(jì)效率有著一定的現(xiàn)實(shí)意義，而且對(duì)于跟蹤世界農(nóng)業(yè)新技術(shù)、促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程有著重大的歷史意義。 果樹(shù)采摘機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，它是由機(jī)械手固定在履帶式移動(dòng)平臺(tái)上構(gòu)成的一類特殊的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)。本文在國(guó)家“863”高技術(shù)項(xiàng)目“果樹(shù)采摘機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究”支持下，以自行設(shè)計(jì)的機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，對(duì)果樹(shù)采摘機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析、研究和設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了視覺(jué)伺服控制器，并對(duì)采摘機(jī)器人避障技術(shù)進(jìn)行了探討。主要工作如下： 首先，分析了果樹(shù)采摘機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，介紹了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，根據(jù)自行設(shè)計(jì)的5自由度機(jī)械臂機(jī)械特性，采用幾何結(jié)構(gòu)算法，建立了果樹(shù)采摘機(jī)器人機(jī)械臂的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。 其次，基于開(kāi)放、先進(jìn)和可靠的考慮，采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器人的控制系統(tǒng)。在開(kāi)放式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要對(duì)果樹(shù)采摘機(jī)器人硬件組成部分主控計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、數(shù)據(jù)采集卡等進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)。在分析果樹(shù)采摘機(jī)器人工作環(huán)境和工作特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了果樹(shù)采摘機(jī)器人的外圍傳感器。 再次，根據(jù)果樹(shù)采摘機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，設(shè)計(jì)了PID控制器，應(yīng)用于機(jī)器人視覺(jué)伺服控制，實(shí)現(xiàn)果樹(shù)采摘機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制。在詳細(xì)論述關(guān)節(jié)式機(jī)器人避障方法的基礎(chǔ)上，對(duì)果樹(shù)采摘機(jī)器人避障方法進(jìn)行了初步的探討，提出了采用C—空間法實(shí)現(xiàn)采摘機(jī)器人實(shí)時(shí)避障。 最后，建立了傳感器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)傳感器的正確性。利用固高PAN&TILT兩維數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和實(shí)地拍攝的蘋果圖像，對(duì)所提出的控制方法通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
上傳時(shí)間： 2013-08-05
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無(wú)刷直流電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小等優(yōu)點(diǎn)，另外它還具有和直流電機(jī)一樣的調(diào)速特性，而沒(méi)有直流電機(jī)復(fù)雜的機(jī)械換相設(shè)備，所以被廣泛應(yīng)用于伺服控制、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等工業(yè)領(lǐng)域，現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。因此，研究具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、控制精度高的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。 直接轉(zhuǎn)矩控制是一種高性能的電機(jī)控制方法，它已經(jīng)成熟的應(yīng)用在感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)良的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。本文通過(guò)大量的文獻(xiàn)資料閱讀，對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)狀和趨勢(shì)有了一個(gè)比較全面的理解，在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并提出了一套相應(yīng)的直接轉(zhuǎn)矩控制方案，建立了仿真和試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究，獲得了有價(jià)值的研究成果。 本文的主要研究?jī)?nèi)容包括： (1)詳細(xì)分析了無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理和數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上闡述無(wú)刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本控制機(jī)理，包括基于逆變器二二導(dǎo)通模式的空間電壓矢量的定義和針對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)具有非正弦波反電動(dòng)勢(shì)這一特點(diǎn)而推導(dǎo)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式等。 (2)提出了一套無(wú)刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的具體實(shí)施方案，并根據(jù)這套方案建立了基于Simulink(Matlab)的無(wú)刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的仿真模型，對(duì)所提出的控制方案進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方案在理論上的可行性。 (3)在理論研究的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)研制了一套基于DSP+IPM的無(wú)刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，編寫了控制程序軟件，進(jìn)行了無(wú)刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的要求，證實(shí)了直接轉(zhuǎn)矩控制在改善無(wú)刷直流電機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)速性能上的優(yōu)勢(shì)。 本論文開(kāi)展了繼異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)之后對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制的探索性研究工作。通過(guò)理論分析、計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)得出了一些有意義的經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論，為課題的進(jìn)一步深入開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。
標(biāo)簽： 無(wú)刷直流電機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩控制
上傳時(shí)間： 2013-07-11
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在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)永磁同步電機(jī)控制精度的要求越來(lái)越高。尤其是在機(jī)器人、航空航天、精密電子儀器等對(duì)電機(jī)性能要求較高的領(lǐng)域，系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和魯棒性能好壞成為決定永磁同步電機(jī)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)電機(jī)系統(tǒng)通常采用PID控制，其本質(zhì)上是一種線性控制，若被控對(duì)象具有非線性特性或有參變量發(fā)生變化，會(huì)使得線性常參數(shù)的PID控制器無(wú)法保持設(shè)計(jì)時(shí)的性能指標(biāo)；在確定PID參數(shù)的過(guò)程中，參數(shù)整定值是具有一定局域性的優(yōu)化值，并不是全局最優(yōu)值。實(shí)際電機(jī)系統(tǒng)具有非線性、參數(shù)時(shí)變及建模過(guò)程復(fù)雜等特點(diǎn)，因此常規(guī)PID控制難以從根本上解決動(dòng)態(tài)品質(zhì)與穩(wěn)態(tài)精度的矛盾。永磁同步電機(jī)是典型的多變量、參數(shù)時(shí)變的非線性控制對(duì)象。先進(jìn)控制方法(諸如智能控制、優(yōu)化算法等)研究應(yīng)用的發(fā)展與深入，為控制復(fù)雜的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)開(kāi)辟了嶄新的途徑。由于先進(jìn)控制方法擺脫了對(duì)控制對(duì)象模型的依賴，能夠在處理不精確性和不確定性問(wèn)題中有可處理性、魯棒性，因而將其引入永磁同步電機(jī)控制已成為一個(gè)必然的趨勢(shì)。本文根據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的不同，選取相應(yīng)的先進(jìn)控制方法，并與PID控制相結(jié)合，對(duì)永磁同步電機(jī)各方面性能進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化，最終使其控制精度得到顯著的提高。為達(dá)到對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行性能優(yōu)化的研究目的，文中首先探討了正弦波永磁同步電機(jī)和方波永磁同步電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)及控制機(jī)理，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了整體分析。針對(duì)永磁同步電機(jī)非線性、強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了矢量控制方式下的永磁同步電機(jī)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。結(jié)合常規(guī)PID控制，將模糊控制、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工免疫等多種先進(jìn)控制方法應(yīng)用于永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和同步傳動(dòng)系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)中，以滿足不同控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)動(dòng)、靜態(tài)性能的要求以及對(duì)調(diào)速性能或跟隨性能的側(cè)重。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用先進(jìn)控制方法的永磁同步電機(jī)具有較好的動(dòng)態(tài)性能、抗擾動(dòng)能力以及較強(qiáng)的魯棒性能；與傳統(tǒng)PID控制相比，系統(tǒng)的控制精度得到了明顯提高。研究結(jié)果驗(yàn)證了先進(jìn)控制方法應(yīng)用于永磁同步電機(jī)性能優(yōu)化的有效性和實(shí)用性。
標(biāo)簽： 先進(jìn)控制 永磁同步電機(jī) 性能優(yōu)化
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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高速、高精度已經(jīng)成為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，而位置檢測(cè)環(huán)節(jié)是決定伺服系統(tǒng)高速、高精度性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。光電編碼器作為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常用的檢測(cè)裝置，根據(jù)結(jié)構(gòu)和原理的不同分為增量式和絕對(duì)式。本文從原理上對(duì)增量式光電編碼器和絕對(duì)式光電編碼器做了深入的分析，通過(guò)對(duì)比它們的特性，得出了絕對(duì)式光電編碼器更適合高速、高精度伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)論。 絕對(duì)式光電編碼器精度高、位數(shù)多的特點(diǎn)決定其通信方式只能采取串行傳輸方式，且由相應(yīng)的通信協(xié)議控制信息的傳輸。本文首先針對(duì)編碼器主要生產(chǎn)廠商日本多摩川公司的絕對(duì)式光電編碼器，深入研究了通信協(xié)議相關(guān)的硬件電路、數(shù)據(jù)幀格式、時(shí)序等。隨后介紹了新興的電子器件FPGA及其開(kāi)發(fā)語(yǔ)言硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL，并對(duì)基于FPGA的絕對(duì)式編碼器通信接口電路做了可行性的分析。在此基礎(chǔ)上，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，將整個(gè)接口電路劃分成發(fā)送模塊、接收模塊、序列控制模塊等多個(gè)模塊，各個(gè)模塊采用Verilog語(yǔ)言進(jìn)行描述設(shè)計(jì)編碼器接口電路。最終的設(shè)計(jì)在相關(guān)硬件電路上實(shí)現(xiàn)。最后，通過(guò)在TMS320F2812伺服控制平臺(tái)上編寫的硬件驅(qū)動(dòng)程序驗(yàn)證了整個(gè)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。
上傳時(shí)間： 2013-07-11
上傳用戶：snowkiss2014
PWM(脈沖寬度調(diào)制)是一種利用數(shù)字信號(hào)來(lái)控制模擬電路的控制技術(shù)，廣泛應(yīng)用于電源、電機(jī)、伺服系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電子控制器、功率控制等電力電子設(shè)備。PWM技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，也是變頻技術(shù)的核心，同時(shí)在機(jī)床，液壓位置控制系統(tǒng)等機(jī)械裝置中也發(fā)揮著重要的作用。PWM技術(shù)已經(jīng)成為控制領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，因此研究PWM發(fā)生器對(duì)于基礎(chǔ)理論的發(fā)展和技術(shù)的改進(jìn)都有十分重要的意義。 論文研究的主要內(nèi)容是用任意波形作為調(diào)制信號(hào)通過(guò)特定的方法來(lái)產(chǎn)生所需要的PWM波形，任意波形的合成和PWM波形的生成是兩個(gè)主要任務(wù)。任意波形的合成是課題設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)，也是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素之一。論文中波形合成采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。DDS技術(shù)以相位為地址，通過(guò)查找離散幅度數(shù)據(jù)進(jìn)行波形合成，具有輸出波形相位變化連續(xù)、分辨率高、頻率轉(zhuǎn)換速率快的優(yōu)點(diǎn)，而且通過(guò)設(shè)置控制字可靈活方便地改變輸出頻率，是目前波形合成的主流方法。 實(shí)現(xiàn)PWM發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法有多種。在綜合比較了單片機(jī)、DSP、ARM等常用開(kāi)發(fā)工具特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文提出了一種以可編程邏輯器件(PLD)為主體，單片機(jī)輔助配合的設(shè)計(jì)方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電了技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程邏輯器件的集成度和容量越來(lái)越大，基于PLD的設(shè)計(jì)方法正逐步成為一種主流于段，是近些年來(lái)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)熱點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)分為模擬波形產(chǎn)生、單片機(jī)控制電路、FPGA內(nèi)部功能模塊三大部分。FPGA部分的設(shè)計(jì)是以Altera公司的Quartus Ⅱ軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用VHDL語(yǔ)言為主要輸入手段來(lái)完成內(nèi)部各功能模塊的設(shè)計(jì)輸入、編譯、仿真等調(diào)試工作，目標(biāo)載體選用性價(jià)比比較高的Altera公司的CycloneⅡ系列的器件；單片機(jī)控制電路主要負(fù)責(zé)控制字的設(shè)置和顯示，波形數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送；用MATLAB軟件完成仟意波形的繪制和模擬任務(wù)。 論文共分五章，詳細(xì)介紹了課題的背景、PWM發(fā)生器的發(fā)展和應(yīng)用以及選題的目的和意義等，論述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性，對(duì)外圍電路和FPAG內(nèi)部功能模塊的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了具體說(shuō)明，并對(duì)仿真結(jié)果、系統(tǒng)的性能、存在的問(wèn)題和改進(jìn)方法等進(jìn)行了分析和闡述。整個(gè)設(shè)計(jì)滿足PWM發(fā)生器的任務(wù)和功能要求，設(shè)計(jì)方法可行。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：ommshaggar
在現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)中，矢量控制原理以及空間電壓矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術(shù)使得交流電機(jī)能夠獲得和直流電機(jī)相媲美的性能。永磁同步電機(jī)（PMSM）是一個(gè)復(fù)雜耦合的非線性系統(tǒng)。本文在Matlab/Simulink環(huán)境下，通過(guò)對(duì)PMSM本體、d/q坐標(biāo)系向a/b/c坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等模塊的建立與組合，構(gòu)建了永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)仿真模型。仿真結(jié)果證明了該系統(tǒng)模型的有效性。
標(biāo)簽： MatlabSimulink PMSM 永磁同步電機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：liansi
運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是機(jī)電一體化的核心部分，提高運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)水平對(duì)于提高我國(guó)的機(jī)電一體化技術(shù)具有至關(guān)重要的作用。運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展是制造自動(dòng)化前進(jìn)的旋律，是推動(dòng)新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最重要的是控制各個(gè)電機(jī)軸的運(yùn)動(dòng)，這是運(yùn)動(dòng)控制器接收并依照數(shù)控裝置的指令來(lái)控制各個(gè)電機(jī)軸運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的，數(shù)據(jù)加工中的定位控制精度、速度調(diào)節(jié)的性能等重要指標(biāo)都與運(yùn)動(dòng)控制器直接相關(guān)。目前對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是對(duì)步進(jìn)、伺服電機(jī)進(jìn)行控制的運(yùn)動(dòng)控制卡的研究。對(duì)PC-NC來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)控制卡的性能很大程度上決定了整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的性能，而微電子和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用，使運(yùn)動(dòng)控制卡的性能得到了不斷改進(jìn)，集成度和可靠性大大提高。 本課題通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的深入研究，并針對(duì)國(guó)內(nèi)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的研究起步較晚的現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的具體需要，緊跟當(dāng)前運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究的發(fā)展趨勢(shì)，吸收了數(shù)控技術(shù)和相關(guān)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比較新穎的、功能強(qiáng)大的、具有很大柔性的四軸多功能運(yùn)動(dòng)控制卡。 本課題的具體研究主要有以下幾方面： 首先，通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制卡及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等行業(yè)現(xiàn)狀的全面調(diào)研，和對(duì)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的深入學(xué)習(xí)，在比較了幾種常用的運(yùn)動(dòng)控制方案的基礎(chǔ)上，提出了基于FPGA的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)方案，并規(guī)劃了板卡的總體設(shè)計(jì)。 其次，根據(jù)總體設(shè)計(jì)，規(guī)劃了板卡的結(jié)構(gòu)，詳細(xì)劃分并實(shí)現(xiàn)了FPGA各部分的功能；利用光電隔離原理設(shè)計(jì)了數(shù)字輸入/輸出電路。 再次，利用FPGA的資源實(shí)現(xiàn)了PCI從設(shè)備接口，達(dá)到跟控制卡通信的目的，針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制中的一些具體問(wèn)題，如運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、實(shí)時(shí)控制以及多軸聯(lián)動(dòng)等，在FPGA上設(shè)計(jì)了四軸運(yùn)動(dòng)控制電路，定義了各個(gè)寄存器的具體功能，設(shè)計(jì)了功能齊全的加／減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個(gè)功能各異的計(jì)數(shù)器電路等，自動(dòng)降速點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、A／B相編碼器倍頻計(jì)數(shù)電路等特殊功能。最后，進(jìn)行了本運(yùn)動(dòng)控制卡的測(cè)試，從測(cè)試和應(yīng)用結(jié)果來(lái)看，該卡達(dá)到預(yù)期的要求。
上傳時(shí)間： 2013-07-27
上傳用戶：zgu489
在機(jī)器人學(xué)的研究領(lǐng)域中，如何有效地提高機(jī)器人控制系統(tǒng)的控制性能始終是研究學(xué)者十分關(guān)注的一個(gè)重要內(nèi)容。在分析了工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程和機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀后，本論文的主要目標(biāo)是針對(duì)四關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人特有的機(jī)械結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型，建立一個(gè)新型全數(shù)字的基于DSP和FPGA的機(jī)器人位置伺服控制系統(tǒng)的軟、硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)四關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人的精確控制。 本論文從實(shí)際情況出發(fā)，首先分析了所研究的四關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)，并對(duì)其抽象簡(jiǎn)化得到了它的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型。在明確了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的諸多可行性方案進(jìn)行了充分論證，并最終決定采用了三級(jí)CPU控制的控制體系結(jié)構(gòu)：第一級(jí)CPU為上位計(jì)算機(jī)，它實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的系統(tǒng)管理、協(xié)調(diào)控制以及完成機(jī)器人實(shí)時(shí)軌跡規(guī)劃等控制算法的運(yùn)算；第二級(jí)CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器人多個(gè)關(guān)節(jié)的高速并行驅(qū)動(dòng)；第三級(jí)CPU為交流伺服驅(qū)動(dòng)處理器，它實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的精確三閉環(huán)誤差驅(qū)動(dòng)控制，以及電機(jī)的故障診斷和自動(dòng)保護(hù)等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來(lái)實(shí)現(xiàn)上位計(jì)算機(jī)．與下位控制器之間的數(shù)據(jù)通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統(tǒng)的通信速度和可靠性。 機(jī)器人系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分：一是采用VC++實(shí)現(xiàn)的上位監(jiān)控軟件系統(tǒng)，它主要負(fù)責(zé)機(jī)器人實(shí)時(shí)軌跡規(guī)劃等控制算法的運(yùn)算，同時(shí)完成用戶與機(jī)器人系統(tǒng)之間的信息交互；二是采用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的下位DSP控制程序，它主要負(fù)責(zé)接收上位監(jiān)控系統(tǒng)或者下位控制箱發(fā)送的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)還能夠?qū)崟r(shí)的向上位監(jiān)控系統(tǒng)或者下位控制箱反饋機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)信息。 研究開(kāi)發(fā)出來(lái)的四關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人控制器具有控制實(shí)時(shí)性好、定位精度高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，它允許用戶通過(guò)上位控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的各種設(shè)定作業(yè)的控制，也可以讓用戶通過(guò)機(jī)器人控制箱現(xiàn)場(chǎng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行回零、示教等各項(xiàng)操作。
標(biāo)簽： FPGA DSP 實(shí)驗(yàn)室 機(jī)器人控制器
上傳時(shí)間： 2013-06-11
上傳用戶：edisonfather
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