某伺服系统自适应模糊滑模控制研究

发布时间：2017-08-13 05:16

  本文关键词：某伺服系统自适应模糊滑模控制研究

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【摘要】：混合式步进电机以其良好的运行特质被广泛使用,但是配合更好的驱动器和控制器才能提高以其为驱动装置的系统控制精度。本文的首要钻研目标是设计一款新型基于DSP的步进电机细分驱动器,很好的满足步进电机的驱动品质要求,在此基础上计划以步进电机为驱动机构的驱动控制器,与减速器共同实现对步进电机的闭环控制。本文钻研了步进电机的内部构造、运行原理和细分驱动基理,提出了一种基于正弦电流细分和电流脉宽调制(PWM)的步进电机驱动技术,运用这项技术与DSP数字控制技术研制出步进电机驱动器,实现了步进电机的恒转矩运行。主要体现在,设计了驱动器的硬件电路和程序软件。驱动器主要由数字控制部分、恒流控制电路、驱动功率放大电路、过流保护电路及电源电路等组成。在该电机驱动器设计完成后,通过实验验证驱动器的性能,实验结果表明,驱动器的硬件和软件设计合理,可以育效稳定的驱动步进电机。研制步进电机的驱动控制器。在设计的伺服系统中,由减速器和驱动控制器共同构成了以步进电机为驱动机构的位置闭环控制系统,实现了电机的闭环控制。其中驱动控制器中采用了自适应模糊滑模变结构的控制策略。为了验证其优越性和可行性,建立了使用智能控制策略的步进电机驱动器的仿真模型,对自适应模糊滑模变结构控制策略与经典PID控制策略进行了对比仿真分析,进而验证了前者的效果更加符合要求。最后对整个伺服系统进行了半实物测试,给出了测试结论并对所测波形进行了采样分析。最终实验表明,整个步进电机伺服控制系统的设计合理可行,明显地改善了步进电机的运行能力,具有实际应用的价值。
【关键词】：两相混合式步进电机 细分驱动控制 驱动控制器 自适应模糊滑模控制策略
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM383.6
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-11
• 1 绪论11-18
• 1.1 选题背景及研究意义11
• 1.2 伺服系统综述11-13
• 1.2.1 直流伺服系统的简介12
• 1.2.2 交流伺服系统的简介12
• 1.2.3 液压伺服系统简介12-13
• 1.2.4 步进电机伺服系统13
• 1.3 步进电机伺服控制方法13-14
• 1.3.1 步进电机的两种运行方式13-14
• 1.3.2 驱动控制系统的控制策略14
• 1.4 课题的研究目的14-15
• 1.5 课题研究的主要内容和论文结构安排15-18
• 1.5.1 主要研究的内容15-16
• 1.5.2 主要完成的工作16
• 1.5.3 课题技术难点16-17
• 1.5.4 论文结构安排17-18
• 2 混合式步进电机的理论特性以及驱动控制18-30
• 2.1 混合式步进电机的内部结构18-19
• 2.2 两相混合式步进电机工作的基本原理19-21
• 2.3 使用步进电机的注意事项21-22
• 2.3.1 步进电机的振荡和失步问题及解决的方式21
• 2.3.2 步进电机使用中注意的问题21-22
• 2.4 混合式步进电机的驱动方式22-27
• 2.4.1 单电压驱动方式22-23
• 2.4.2 双电压驱动23-24
• 2.4.3 斩波驱动24-25
• 2.4.4 细分驱动25-27
• 2.5 两相混合式步进电机的数学模型27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 3 混合式步进电机驱动器电路设计30-40
• 3.1 细分驱动系统整体设计思想30
• 3.2 整体硬件结构30-31
• 3.3 DSP控制电路31-34
• 3.3.1 主控DSP芯片32
• 3.3.2 控制电源32-33
• 3.3.3 通信电路33-34
• 3.3.4 EEPROM的电路设计34
• 3.4 驱动电路设计34-39
• 3.4.1 光电隔离电路34-35
• 3.4.2 细分控制电路35-38
• 3.4.3 保护电路38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 步进电机驱动器的软件设计40-43
• 4.1 驱动电路软件设计40-42
• 4.1.1 主程序设计40
• 4.1.2 中断服务程序40-41
• 4.1.3 位置控制程序41-42
• 4.1.4 保护电路程序42
• 4.2 本章小结42-43
• 5 步进电机驱动器功能测试及分析43-51
• 5.1 上位机软件设计43-46
• 5.1.1 用户界面设计43-44
• 5.1.2 通信协议44-46
• 5.2 步进电机驱动器实验装置介绍46-47
• 5.3 步进电机驱动器测试内容构成及分析47-50
• 5.4 本章小结50-51
• 6 以步进电机为驱动装置的驱动控制器设计51-64
• 6.1 滑模变结构控制理论51-55
• 6.1.1 滑模变结构控制原理51-53
• 6.1.2 滑动模态的存在条件和可到性条件53
• 6.1.3 滑模运动方程及其稳定性研究53-55
• 6.2 滑模变结构控制的抖振问题研究55
• 6.3 自适应模糊滑模控制器研究55-60
• 6.3.1 基于积分滑模面的滑模控制56
• 6.3.2 自适应模糊控制器的设计56-60
• 6.4 自适应模糊滑模控制仿真研究60-63
• 6.4.1 驱动仿真模型60
• 6.4.2 仿真实验与分析60-63
• 6.5 本章小结63-64
• 7 基于自适应模糊滑模伺服系统半实物实验研究64-66
• 8 论文的总结及展望66-68
• 8.1 课题研究的内容和主要成果66
• 8.2 论文创新点66
• 8.3 后续工作展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-73
• 附录73-75
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况73-74
• 附录B DSP最小系统及外部接口设计总图74-75
• 附录C 驱动电路设计总图75

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本文编号：665569