基于步进电机的电动执行器参数自整定及轨迹控制研究

发布时间：2017-10-04 05:32

  本文关键词：基于步进电机的电动执行器参数自整定及轨迹控制研究

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【摘要】：电动执行器定位控制在生产生活中具有广泛的应用,在使用搭载步进电机的电动执行器进行定位控制的时候,定位系统的定位精度和响应波形,会随着负载质量的变化而变化,这是由电动执行器核心部件步进电机本身特性引起的。两相混合式步进电机作为应用最广泛的步进电机,在负载过大的时候,会出现丢步或失步的现象;在相同负载下,转速过高时会出现无法正常启动的现象。为了改善搭载步进电机电动执行器的控制效果,需要对步进电机的特性进行深入了解,需要对电动执行器的控制参数进行整定,仍采用固定的控制参数,将无法应对干扰剧烈的工作环境。本文首先介绍了电动执行器的发展历史以及其相比于气动执行器的优缺点。对控制参数自整定方法的国内外研究状况进行了整理综述。同时,对插值轨迹规划的理论方法以及研究状况进行了总结。然后,本文介绍了电动执行器核心部件步进电机的基础知识,包括其分类、工作原理以及基本特性等。分析了步进电机的驱动技术。给出了精确简洁的两相混合式步进电机的数学模型推导。利用步进电机的数学模型,连接了基于simulink的电动执行器仿真模型,进行了仿真分析,并通过电动执行器开环控制实验进行验证。随后,本文研究了电动执行器位置闭环控制的原理,建立了电动执行器位置闭环控制实验平台,并给出了位置闭环控制的控制算法与实现方式。最后通过大量不同工况下的实验进行验证。在电动执行器位置闭环实验的基础上,本文继续研究了模型参考自适应控制理论。基于该思想理论基础,研究了电动执行器控制参数自整定的实验原理以及控制算法。随后,在电动执行器位置闭环控制的基础上增加利用速度状态判断运行状态的控制环节,完成电动执行器控制参数自整定控制,并进行相关实验验证。最后,本文研究了线性插值轨迹规划理论,对典型曲线进行了线性插值轨迹规划。并基于电动执行器控制参数自整定方案,进行了双轴电动执行器轨迹跟踪控制的相关实验。
【关键词】：电动执行器 步进电机 仿真模型 参数自整定 轨迹跟踪
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM383.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题研究的背景和意义10-11
• 1.3 国内外在该方向的研究状况11-16
• 1.3.1 电动执行器的发展应用现状11-12
• 1.3.2 控制参数自整定控制技术的研究状况12-15
• 1.3.3 线性插值轨迹规划技术的研究现状15-16
• 1.4 本文主要研究内容16-17
• 第2章 电动执行器控制系统数学模型及开环控制17-40
• 2.1 电动执行器简介17-18
• 2.2 步进电机基础概述18-20
• 2.2.1 步进电机的分类及工作原理18
• 2.2.2 步进电机的基本特性18-20
• 2.3 两相混合式步进电机数学模型20-24
• 2.3.1 恒电感模型20-22
• 2.3.2 变电感模型22-23
• 2.3.3 变电感简化模型23-24
• 2.4 混合式步进电机驱动器原理24-27
• 2.4.1 H桥功率驱动25
• 2.4.2 恒频斩波恒相流驱动25-26
• 2.4.3 PWM脉冲调制技术26-27
• 2.5 步进电机加减速控制27-29
• 2.6 电动执行器滚珠丝杠数学模型29-30
• 2.7 电动执行器仿真模型30-33
• 2.7.1 步进电机模块建模30-32
• 2.7.2 恒频斩波恒流驱动器模块建模32-33
• 2.7.3 外负载干扰模块建模33
• 2.8 电动执行器开环控制模块及仿真结果33-37
• 2.9 电动执行器开环控制实验37-39
• 2.10 本章小结39-40
• 第3章 电动执行器的位置闭环控制40-61
• 3.1 电动执行器位置闭环控制原理40
• 3.2 电动执行器位置闭环控制实验平台简介40-44
• 3.2.1 实验平台原理构架40-41
• 3.2.2 实验平台硬件组成41-43
• 3.2.3 基于KV-Studio的PLC控制程序编译43-44
• 3.2.4 基于Labview的实验平台操作系统软件开发44
• 3.3 电动执行器位置闭环控制算法与实现44-46
• 3.4 电动执行器闭环控制实验46-54
• 3.4.1 不同负载定位情况实验分析46-48
• 3.4.2 相同负载重复动作情况实验分析48-53
• 3.4.3 多点顺序动作情况实验分析53-54
• 3.5 垂直工况位置闭环情况实验54-60
• 3.5.1 不同负载垂直工况位置闭环实验分析55-56
• 3.5.2 改变速度增益位置闭环实验分析56-60
• 3.6 本章小结60-61
• 第4章 电动执行器参数自整定控制61-73
• 4.1 自适应控制理论概述61-64
• 4.1.1 自适应控制理论的特点61
• 4.1.2 自适应控制理论的分类61-62
• 4.1.3 自适应控制理论的结构及原理62
• 4.1.4 模型参考自适应理论62-64
• 4.2 电动执行器参数自整定控制原理64-66
• 4.2.1 参考模型的确定64-66
• 4.2.2 参数自整定闭环实验方案的确定66
• 4.3 电动执行器参数自整定控制的算法与实现66-68
• 4.4 电动执行器参数自整定控制实验68-72
• 4.4.1 单次参数自整定实验分析68-70
• 4.4.2 多次参数自整定实验分析70-71
• 4.4.3 参数整定调整过程实验分析71-72
• 4.5 本章小结72-73
• 第5章 电动执行器轨迹控制研究73-81
• 5.1 线性插值轨迹规划73-76
• 5.1.1 线性插值简介73-74
• 5.1.2 圆形轨迹线性规划74-75
• 5.1.3 正弦轨迹线性规划75
• 5.1.4 最小轮廓误差理论75-76
• 5.2 实验平台的介绍76-77
• 5.3 电动执行器轨迹控制实验及结果分析77-80
• 5.4 本章小结80-81
• 结论81-82
• 参考文献82-86
• 致谢86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 刘栋;莫勇;李道本;;运动轨迹的插值信道估计方法[J];北京邮电大学学报;2007年05期

2 胡海兵;胡庆波;吕征宇;;基于粒子群优化的PID伺服控制器设计[J];浙江大学学报(工学版);2006年12期

3 ;气缸与电动执行器的竞争与互补[J];现代制造;2009年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 赵永国;过程辨识与PID自整定理论及其在暖通空调系统中的应用研究[D];山东大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 刘宝志;步进电机的精确控制方法研究[D];山东大学;2010年

2 谢英太;3P3R型弧焊机器人轨迹规划及其轮廓运动控制[D];浙江大学;2014年

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本文编号：968921