数控机床自适应模糊控制伺服系统研究
发布时间：2021-04-21 03:21
一台数控机床的先进程度衡量着一个国家制造业的先进水平,而数控机床最核心的部分就是数控机床控制系统。近年出现的ARM嵌入式系统具有硬件资源丰富、性能好、成本低和功耗低等优点,FPGA技术具有可重复编程、在线升级、实时性好、可靠性高等优点。为了克服传统的数控机床成本高、控制精度低、实时性差、可靠性低等缺点,研究基于ARM+FPGA架构的新型数控机床系统,具有重要的社会经济意义和重大的经济价值。本文以数控机床为工程背景,以伺服电机PMSM为具体对象,以ARM+FPGA作为数控系统的实现平台,从提高伺服系统位置环控制的自适应能力,提高位置环、速度环和电流环等复杂运算的处理速度,提高系统管理与控制程序开发的简单性、界面的美观性等方面开展了深入的研究。其主要研究工作和结论如下:（1）在对比分析了几种控制系统架构基础上,提出了一种基于ARM+FPGA的数控机床自适应模糊控制伺服系统的设计方案。该系统采用以ARM作为系统主控与运动轨迹计算芯片,FPGA作为伺服系统运动控制芯片,而其中的FPGA运动控制系统包括自适应位置控制模块、速度控制模块、电流变换模块三大部分。（2）针对提出的ARM+FPGA的数控...
【文章来源】：湖南工业大学湖南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外数控机床背景与发展现状
1.2.1 传统PLC数控机床研究的背景与发展现状
1.2.2 嵌入式数控机床研究的背景与发展现状
1.3 ARM与FPGA联合控制的技术概述
1.4 研究意义
1.5 论文的主要研究工作及其结构
第二章 控制系统整体方案设计
2.1 几种运动控制方案比较
2.2 系统总体设计方案
2.2.1 伺服控制系统结构设计
2.2.2 PMSM自适应模糊控制器结构设计
2.3 本章小结
第三章 PMSM自适应模糊控制器模型及仿真
3.1 模糊PI控制概述
3.1.1 模糊PI控制系统
3.1.2 模糊算法的步骤
3.2 自适应模糊控制结构
3.2.1 模糊控制（FC）的步骤
3.2.2 参考模块RM
3.2.3 参数调整装置
3.2.4 自适应模糊控制仿真模块
3.3 矢量坐标变换
3.3.1 坐标变换仿真模块
3.4 SVPWM模块设计与实现
3.4.1 电压空间脉宽矢量（SVPWM）
3.5 自适应模糊控制系统仿真模型
3.5.1 PMSM自适应模糊控制系统仿真
3.5.2 自适应模糊控制器频率响应仿真分析
3.6 本章小结
第四章 PMSM自适应模糊控制器的FPGA实现
4.1 FPGA设计流程
4.2 自适应模糊控制器模块的设计与实现
4.2.1 自适应模糊控制器的结构设计
4.3 坐标变换模块的FPGA设计
4.3.1 CLARK变换设计
4.3.2 PARK变换设计
4.3.3 PARK反变换设计
4.3.4 坐标变换模块整体图
4.4 转子速度与位置检测模块的设计
4.4.1 光电编码器
4.4.2 正交编码器的解码计数器
4.4.3 SVPWM结构图及时序仿真
4.5 伺服控制RTL图
4.6 本章小结
第五章 ARM微处理器管控系统设计
5.1 控制系统QT界面设计
5.2 ARM与FPGA接口设计
5.3 加减速模块的设计
5.3.1 S形曲线加减速模块
5.4 插补模块的设计
5.4.1 数字积分法插补原理
5.4.2 数字积分法直线插补
5.4.3 数字积分法圆弧插补
5.4.4 插补实验结果分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
参考文献
攻读硕士期间主要研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM+DSP+FPGA模块的机器人运动控制器设计[J]. 赵岩,李秀荣,臧勇. 机电信息. 2018(09)
[2]基于模糊PI控制器的PMSM矢量控制[J]. 张洪新,涂群章,蒋成明,潘明,黄皓. 装备制造技术. 2017(07)
[3]基于模糊自适应的永磁同步电机矢量控制系统[J]. 王贤会,李宝营,冯荻. 大连工业大学学报. 2017(03)
[4]适用于连续加减速的永磁同步电机模糊增益自调整PI控制研究[J]. 胡勤丰,陈威振,邱攀峰,花熙文. 中国电机工程学报. 2017(03)
[5]智能数控机床及其技术体系框架[J]. 王勃,杜宝瑞,王碧玲. 航空制造技术. 2016(09)
[6]国产数控机床的技术现状与对策[J]. 赵万华,张星,吕盾,张俊. 航空制造技术. 2016(09)
[7]基于模糊自适应PID高精度控制系统设计[J]. 陈云,刘新妹,郭栋梁,殷俊龄. 电机与控制应用. 2016(02)
[8]基于模糊PI的永磁同步电机矢量控制研究[J]. 卞延庆,庄海,张颖杰. 微电机. 2015(11)
[9]国产数控机床精度保持性分析及研究现状[J]. 马军旭,赵万华,张根保. 中国机械工程. 2015(22)
[10]数控机床控制系统设计研究[J]. 王志伟. 山东工业技术. 2015(21)
博士论文
[1]变论域自适应模糊控制的几种新方法[D]. 郭海刚.大连理工大学 2013
硕士论文
[1]微型数控铣床及嵌入式数控系统研究[D]. 宋严科.山东理工大学 2017
[2]永磁同步电机控制系统参数自整定研究[D]. 彭峰.广东工业大学 2016
[3]基于模糊PI控制的三相PWM变流器研究[D]. 赵煜华.浙江工业大学 2015
[4]基于FPGA的PMSM速度模糊PI自适应控制[D]. 谭琼琼.湖南大学 2015
[5]SVPWM研究及其FPGA硬件实现[D]. 陈兮.武汉科技大学 2014
[6]基于ARM和FPGA的数控系统人机接口设计[D]. 林嘉洪.华南理工大学 2014
[7]基于ARM+FPGA的嵌入式数控系统硬件设计[D]. 刘建康.哈尔滨工业大学 2013
[8]基于自适应模糊控制的永磁同步电机调速系统研究[D]. 何国庆.华中科技大学 2013
[9]永磁同步电机模糊参数自整定控制系统研究[D]. 李龙.沈阳工业大学 2013
[10]基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统的研究实现[D]. 赵伟.上海交通大学 2013
本文编号：3150954
【文章来源】：湖南工业大学湖南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外数控机床背景与发展现状
1.2.1 传统PLC数控机床研究的背景与发展现状
1.2.2 嵌入式数控机床研究的背景与发展现状
1.3 ARM与FPGA联合控制的技术概述
1.4 研究意义
1.5 论文的主要研究工作及其结构
第二章 控制系统整体方案设计
2.1 几种运动控制方案比较
2.2 系统总体设计方案
2.2.1 伺服控制系统结构设计
2.2.2 PMSM自适应模糊控制器结构设计
2.3 本章小结
第三章 PMSM自适应模糊控制器模型及仿真
3.1 模糊PI控制概述
3.1.1 模糊PI控制系统
3.1.2 模糊算法的步骤
3.2 自适应模糊控制结构
3.2.1 模糊控制（FC）的步骤
3.2.2 参考模块RM
3.2.3 参数调整装置
3.2.4 自适应模糊控制仿真模块
3.3 矢量坐标变换
3.3.1 坐标变换仿真模块
3.4 SVPWM模块设计与实现
3.4.1 电压空间脉宽矢量（SVPWM）
3.5 自适应模糊控制系统仿真模型
3.5.1 PMSM自适应模糊控制系统仿真
3.5.2 自适应模糊控制器频率响应仿真分析
3.6 本章小结
第四章 PMSM自适应模糊控制器的FPGA实现
4.1 FPGA设计流程
4.2 自适应模糊控制器模块的设计与实现
4.2.1 自适应模糊控制器的结构设计
4.3 坐标变换模块的FPGA设计
4.3.1 CLARK变换设计
4.3.2 PARK变换设计
4.3.3 PARK反变换设计
4.3.4 坐标变换模块整体图
4.4 转子速度与位置检测模块的设计
4.4.1 光电编码器
4.4.2 正交编码器的解码计数器
4.4.3 SVPWM结构图及时序仿真
4.5 伺服控制RTL图
4.6 本章小结
第五章 ARM微处理器管控系统设计
5.1 控制系统QT界面设计
5.2 ARM与FPGA接口设计
5.3 加减速模块的设计
5.3.1 S形曲线加减速模块
5.4 插补模块的设计
5.4.1 数字积分法插补原理
5.4.2 数字积分法直线插补
5.4.3 数字积分法圆弧插补
5.4.4 插补实验结果分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
参考文献
攻读硕士期间主要研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM+DSP+FPGA模块的机器人运动控制器设计[J]. 赵岩,李秀荣,臧勇. 机电信息. 2018(09)
[2]基于模糊PI控制器的PMSM矢量控制[J]. 张洪新,涂群章,蒋成明,潘明,黄皓. 装备制造技术. 2017(07)
[3]基于模糊自适应的永磁同步电机矢量控制系统[J]. 王贤会,李宝营,冯荻. 大连工业大学学报. 2017(03)
[4]适用于连续加减速的永磁同步电机模糊增益自调整PI控制研究[J]. 胡勤丰,陈威振,邱攀峰,花熙文. 中国电机工程学报. 2017(03)
[5]智能数控机床及其技术体系框架[J]. 王勃,杜宝瑞,王碧玲. 航空制造技术. 2016(09)
[6]国产数控机床的技术现状与对策[J]. 赵万华,张星,吕盾,张俊. 航空制造技术. 2016(09)
[7]基于模糊自适应PID高精度控制系统设计[J]. 陈云,刘新妹,郭栋梁,殷俊龄. 电机与控制应用. 2016(02)
[8]基于模糊PI的永磁同步电机矢量控制研究[J]. 卞延庆,庄海,张颖杰. 微电机. 2015(11)
[9]国产数控机床精度保持性分析及研究现状[J]. 马军旭,赵万华,张根保. 中国机械工程. 2015(22)
[10]数控机床控制系统设计研究[J]. 王志伟. 山东工业技术. 2015(21)
博士论文
[1]变论域自适应模糊控制的几种新方法[D]. 郭海刚.大连理工大学 2013
硕士论文
[1]微型数控铣床及嵌入式数控系统研究[D]. 宋严科.山东理工大学 2017
[2]永磁同步电机控制系统参数自整定研究[D]. 彭峰.广东工业大学 2016
[3]基于模糊PI控制的三相PWM变流器研究[D]. 赵煜华.浙江工业大学 2015
[4]基于FPGA的PMSM速度模糊PI自适应控制[D]. 谭琼琼.湖南大学 2015
[5]SVPWM研究及其FPGA硬件实现[D]. 陈兮.武汉科技大学 2014
[6]基于ARM和FPGA的数控系统人机接口设计[D]. 林嘉洪.华南理工大学 2014
[7]基于ARM+FPGA的嵌入式数控系统硬件设计[D]. 刘建康.哈尔滨工业大学 2013
[8]基于自适应模糊控制的永磁同步电机调速系统研究[D]. 何国庆.华中科技大学 2013
[9]永磁同步电机模糊参数自整定控制系统研究[D]. 李龙.沈阳工业大学 2013
[10]基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统的研究实现[D]. 赵伟.上海交通大学 2013
本文编号：3150954
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3150954.html
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