多自由度刀具测量平台运动控制技术研究

发布时间：2017-10-02 19:13

  本文关键词：多自由度刀具测量平台运动控制技术研究

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【摘要】：运动控制技术是刀具测量系统中的关键技术,它直接决定了刀具测量仪运动的平稳性和刀具参数测量的精度。本文针对Z轴的转动和移动以及X轴的转动控制设计了三自由度嵌入式运动控制系统,主要完成以下几个方面的研究：首先,以“PC+运动控制器+步进电机”组成嵌入式运动控制系统,经过对Z轴转动和移动和X轴转动方案的分析,确定选用型号为STM32F103RC的ARM微处理器为运动控制系统的主控芯片。其次,完成运动控制器的功能分析,并搭建运动控制系统的硬件平台,同时扩展存储模块和手轮脉冲发生器作为示教功能的外接设备。然后,在单轴运动控制策略中,完成对速度控制策略和位置控制策略的研究以及对T型曲线算法和S型曲线算法的分析论证。在多轴协同运动控制策略中,完成运动轨迹规划、控制算法分析以及各运动电机的实时驱动等功能。最后,完成对运动控制系统平台人机交互界面的设计与实现,具有如下功能：(1)PC机与运动控制器的通讯；(2)示教功能；(3)显示与自动保存功能；(4)手动与自动控制功能等。实验测试结果满足运动控制系统功能的要求。
【关键词】：运动控制 步进电机 梯型曲线 加减速
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG502.37
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题来源及研究背景8-9
• 1.1.1 课题来源8
• 1.1.2 研究背景8-9
• 1.2 国内外的研究现状9-13
• 1.2.1 具测量仪的国内外发展现状9-11
• 1.2.2 运动控制技术的国内外发展现状11-13
• 1.3 研究的目的和意义13-14
• 1.4 研究内容14-15
• 2 刀具测量仪运动控制系统总体方案设计15-25
• 2.1 系统的组成15-16
• 2.2 系统的结构16
• 2.3 系统的机械结构与部件选择16-22
• 2.3.1 X轴转动17-18
• 2.3.2 Z轴移动18-19
• 2.3.3 Z轴转动19-21
• 2.3.4 刀具测量仪结构装配21-22
• 2.3.5 电源的选取22
• 2.4 运动控制器22-23
• 2.5 运动控制系统载物台的自动旋转23-24
• 2.6 系统功能需求及指标24
• 2.7 本章小结24-25
• 3 运动控制系统硬件电路设计25-43
• 3.1 嵌入式处理芯片25-26
• 3.2 嵌入式处理芯片外围电路设计26-29
• 3.2.1 电源电路26-27
• 3.2.2 时钟电路27-28
• 3.2.3 复位电路28
• 3.2.4 下载电路28-29
• 3.3 手轮脉冲发生器29-32
• 3.4 驱动器接口电路设计32-33
• 3.5 存储电路设计33-34
• 3.6 通讯接口电路34-35
• 3.7 限位接口电路设计35-36
• 3.8 迪文DGUS显示屏36-40
• 3.8.1 基础配置38
• 3.8.2 软件构成38-39
• 3.8.3 设计方案39-40
• 3.9 运动控制系统PCB设计40-42
• 3.9.1 元件库创建40-41
• 3.9.2 原理图绘制41
• 3.9.3 PCB板制作41-42
• 3.10 本章小结42-43
• 4 运动控制系统软件算法研究43-56
• 4.1 单轴运动控制软件设计43-51
• 4.1.1 速度控制策略45-49
• 4.1.2 位置控制策略49-51
• 4.2 多轴运动协调控制策略51-53
• 4.2.1 运动学解52
• 4.2.2 多自由度多轴联动控制52-53
• 4.3 多自由度电动机位姿的描述53-55
• 4.3.1 动学分析中的基本变换53-54
• 4.3.2 相邻构件间变换矩阵的建立方法54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 运动控制系统上位机软件设计56-63
• 5.1 串口通讯57-59
• 5.1.1 搭建程序框架结构58
• 5.1.2 部分变量以及函数58-59
• 5.2 自动控制模式59
• 5.3 手动控制模式59-60
• 5.4 示教功能60-62
• 5.5 示功能62
• 5.6 本章小结62-63
• 6 运动控制系统的调试与实验63-72
• 6.1 多自由度刀具测量运动控制平台实物图63
• 6.2 电路调试63-64
• 6.2.1 控制箱63-64
• 6.2.2 手轮脉冲发生器信号测试64
• 6.3 软件程序调试64-68
• 6.3.1 PWM波形测试64-65
• 6.3.2 S型曲线算法测试65
• 6.3.3 上位机程序测试65-66
• 6.3.4 下位机程序测试66-68
• 6.4 控制精度68-69
• 6.5 运动控制实时性分析69
• 6.6 运动测量精度实验分析69-71
• 6.7 本章小结71-72
• 7 结论和展望72-73
• 7.1 结论72
• 7.2 后期展望72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文77-78
• 致谢78-80

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本文编号：961341