关节机器人伺服系统的动态特性分析和参数优化
发布时间：2021-07-31 06:46
伺服控制系统是机器人系统中极其重要的一部分,伺服控制系统性能的优劣,直接决定了机器人在工作运行过程中能否满足控制精度的要求。在设计整定以及调试一个快响应性和高稳定性的伺服控制系统时,需要充分的了解伺服系统的组成、伺服电机的工作原理和控制模式、PID控制器的工作原理等。论文分析论述了伺服系统相关基础理论,以伺服电机的三种控制模式为切入点,选择分析关节机器人中比较常用的基于速度控制模式和位置控制模式这两种伺服控制系统进行研究。建立了这两种控制模式下的伺服控制系统的数学模型,在Simulink中对基于速度控制模式和位置控制模式的伺服控制系统进行PID控制器的矢量仿真建模。把通过伺服电机选型计算出来的伺服电机参数和通过伺服三环系统的数学模型计算出来的PID控制器增益参数带入到相对应的矢量仿真系统中,用来验证仿真模型的正确性。当搭建的矢量仿真模型满足伺服系统的控制要求时,对基于速度控制模式下的伺服控制系统进行关于速度环PI增益参数的调试,来分析速度环比例增益参数和积分增益参数对伺服控制系统动态特性的影响,对基于位置控制模式下的伺服控制系统进行关于位置环P增益参数的调试,来分析位置环比例增益参数对...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
关节机器人伺服系统
沈阳工业大学硕士学位论文4如图1.3所示的开环伺服控制系统没有位置或者速度的反馈环节，输入信号直接经过脉冲的分配和功率放大器到达伺服电机、执行机构，最终执行结构控制运动对象进行相应的运动，基于此伺服系统稳定性相对比较好。因为没有速度和位置的反馈，所以控制精度只能取决于执行机构和机械传动部分的物理精度，控制精度和另外两种闭环控制系统的精度存在一定的差距。当然像这种没有反馈环节的控制系统因其机械和控制结构比较简单、工作比较平稳、现场的调试和维护方便简单、整体成本相对来说比较低，在那些对控制精度要求不算太高的工作场合能够得到普遍应用，像装卸货机器手臂和低端数控机床等。图1.3开环伺服控制系统Fig.1.3openloopservocontrolsystem半闭环伺服控制系统的反馈环节接入点如图1.4所示，直接从动力装置（一般是伺服电机编码器）接入，通过编码器的反馈脉冲来进行检测，不像全闭环伺服控制系统直接从被控对象的实际位置接入。因为半闭环伺服控制系统中不包含或仅仅包含些许被控对象的传动环节，所以系统能够获得比较出色的控制性能。尽管反馈环节的接入点选择在丝杠的情况下，会比其它控制方式多一些外部干扰，但是误差可以通过反馈环节进行改善，基于此也能获得比较高的控制精度。半闭环伺服控制系统的结构和调试比开环伺服控制系统稍微复杂一点，但带来的控制精度也有所提高，一般在工业机器人中得到了大量的应用。图1.4半闭环伺服控制系统Fig.1.4semiclosedloopservocontrolsystem
沈阳工业大学硕士学位论文4如图1.3所示的开环伺服控制系统没有位置或者速度的反馈环节，输入信号直接经过脉冲的分配和功率放大器到达伺服电机、执行机构，最终执行结构控制运动对象进行相应的运动，基于此伺服系统稳定性相对比较好。因为没有速度和位置的反馈，所以控制精度只能取决于执行机构和机械传动部分的物理精度，控制精度和另外两种闭环控制系统的精度存在一定的差距。当然像这种没有反馈环节的控制系统因其机械和控制结构比较简单、工作比较平稳、现场的调试和维护方便简单、整体成本相对来说比较低，在那些对控制精度要求不算太高的工作场合能够得到普遍应用，像装卸货机器手臂和低端数控机床等。图1.3开环伺服控制系统Fig.1.3openloopservocontrolsystem半闭环伺服控制系统的反馈环节接入点如图1.4所示，直接从动力装置（一般是伺服电机编码器）接入，通过编码器的反馈脉冲来进行检测，不像全闭环伺服控制系统直接从被控对象的实际位置接入。因为半闭环伺服控制系统中不包含或仅仅包含些许被控对象的传动环节，所以系统能够获得比较出色的控制性能。尽管反馈环节的接入点选择在丝杠的情况下，会比其它控制方式多一些外部干扰，但是误差可以通过反馈环节进行改善，基于此也能获得比较高的控制精度。半闭环伺服控制系统的结构和调试比开环伺服控制系统稍微复杂一点，但带来的控制精度也有所提高，一般在工业机器人中得到了大量的应用。图1.4半闭环伺服控制系统Fig.1.4semiclosedloopservocontrolsystem
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于滑模自适应鲁棒的超高速电机调速控制[J]. 林立斌,沈宏丽,郭健,吴益飞. 机械设计与制造工程. 2017(11)
[2]一种新型双三相无轴承永磁同步电机结构原理及控制研究[J]. 袁建飞,朱熀秋,赵玉亮,丁泉. 电工电能新技术. 2017(01)
[3]电机转矩脉动抑制的谐波消除法[J]. 华国新. 装备制造技术. 2016(05)
[4]PID控制器与CFD的耦合模拟技术研究及应用[J]. 陈琦,郭勇颜,谢昱飞,陈坚强,袁先旭. 航空学报. 2016(08)
[5]基于遗传算法的杨赤中插值权系数解算[J]. 陈天伟,卢献健,杨子江. 桂林理工大学学报. 2015(03)
[6]五桥臂电压源逆变器两永磁同步电机驱动的研究[J]. 耿强,张必军,史婷娜,谷鑫. 电工电能新技术. 2014(10)
[7]基于自适应陷波滤波器的在线机械谐振抑制[J]. 杨明,郝亮,徐殿国. 哈尔滨工业大学学报. 2014(04)
[8]小转动惯量PMSM电流环二自由度内模控制[J]. 蒋学程,彭侠夫. 电机与控制学报. 2011(08)
[9]用谐波注入抑制永磁同步电机转矩脉动[J]. 廖勇,甄帅,刘刃,姚骏. 中国电机工程学报. 2011(21)
[10]永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动的产生及其抑制方法综述[J]. 苏陈云,杨向宇. 微电机. 2010(03)
硕士论文
[1]模拟永磁同步电机的电力电子负载研究[D]. 金帅炯.南京邮电大学 2018
[2]IC制造装备无齿轮罗茨真空泵永磁同步电动机控制研究[D]. 吴炜桦.沈阳工业大学 2018
[3]基于SPC 1068的永磁同步电机伺服控制系统设计[D]. 边顺甬.东南大学 2018
[4]基于绳驱动的蛇形臂多关节伺服驱动技术的研究[D]. 吴建刚.哈尔滨工业大学 2018
[5]基于斜盘式轴向柱塞泵的复合控制系统研究[D]. 王航.昆明理工大学 2018
[6]绳驱动机器人的系统设计及运动控制研究[D]. 徐伟.南京航空航天大学 2018
[7]基于负载模拟器的伺服电机力矩测试系统研究[D]. 严璐.南京理工大学 2018
[8]双Y移30°六相永磁同步电机矢量控制策略研究[D]. 史友情.兰州交通大学 2017
[9]伺服系统机械谐振抑制的研究[D]. 李瑶.哈尔滨工业大学 2016
[10]基于HLS的多轴控制系统的设计和实现[D]. 牛盼情.华中科技大学 2015
本文编号：3312981
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
关节机器人伺服系统
沈阳工业大学硕士学位论文4如图1.3所示的开环伺服控制系统没有位置或者速度的反馈环节，输入信号直接经过脉冲的分配和功率放大器到达伺服电机、执行机构，最终执行结构控制运动对象进行相应的运动，基于此伺服系统稳定性相对比较好。因为没有速度和位置的反馈，所以控制精度只能取决于执行机构和机械传动部分的物理精度，控制精度和另外两种闭环控制系统的精度存在一定的差距。当然像这种没有反馈环节的控制系统因其机械和控制结构比较简单、工作比较平稳、现场的调试和维护方便简单、整体成本相对来说比较低，在那些对控制精度要求不算太高的工作场合能够得到普遍应用，像装卸货机器手臂和低端数控机床等。图1.3开环伺服控制系统Fig.1.3openloopservocontrolsystem半闭环伺服控制系统的反馈环节接入点如图1.4所示，直接从动力装置（一般是伺服电机编码器）接入，通过编码器的反馈脉冲来进行检测，不像全闭环伺服控制系统直接从被控对象的实际位置接入。因为半闭环伺服控制系统中不包含或仅仅包含些许被控对象的传动环节，所以系统能够获得比较出色的控制性能。尽管反馈环节的接入点选择在丝杠的情况下，会比其它控制方式多一些外部干扰，但是误差可以通过反馈环节进行改善，基于此也能获得比较高的控制精度。半闭环伺服控制系统的结构和调试比开环伺服控制系统稍微复杂一点，但带来的控制精度也有所提高，一般在工业机器人中得到了大量的应用。图1.4半闭环伺服控制系统Fig.1.4semiclosedloopservocontrolsystem
沈阳工业大学硕士学位论文4如图1.3所示的开环伺服控制系统没有位置或者速度的反馈环节，输入信号直接经过脉冲的分配和功率放大器到达伺服电机、执行机构，最终执行结构控制运动对象进行相应的运动，基于此伺服系统稳定性相对比较好。因为没有速度和位置的反馈，所以控制精度只能取决于执行机构和机械传动部分的物理精度，控制精度和另外两种闭环控制系统的精度存在一定的差距。当然像这种没有反馈环节的控制系统因其机械和控制结构比较简单、工作比较平稳、现场的调试和维护方便简单、整体成本相对来说比较低，在那些对控制精度要求不算太高的工作场合能够得到普遍应用，像装卸货机器手臂和低端数控机床等。图1.3开环伺服控制系统Fig.1.3openloopservocontrolsystem半闭环伺服控制系统的反馈环节接入点如图1.4所示，直接从动力装置（一般是伺服电机编码器）接入，通过编码器的反馈脉冲来进行检测，不像全闭环伺服控制系统直接从被控对象的实际位置接入。因为半闭环伺服控制系统中不包含或仅仅包含些许被控对象的传动环节，所以系统能够获得比较出色的控制性能。尽管反馈环节的接入点选择在丝杠的情况下，会比其它控制方式多一些外部干扰，但是误差可以通过反馈环节进行改善，基于此也能获得比较高的控制精度。半闭环伺服控制系统的结构和调试比开环伺服控制系统稍微复杂一点，但带来的控制精度也有所提高，一般在工业机器人中得到了大量的应用。图1.4半闭环伺服控制系统Fig.1.4semiclosedloopservocontrolsystem
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于滑模自适应鲁棒的超高速电机调速控制[J]. 林立斌,沈宏丽,郭健,吴益飞. 机械设计与制造工程. 2017(11)
[2]一种新型双三相无轴承永磁同步电机结构原理及控制研究[J]. 袁建飞,朱熀秋,赵玉亮,丁泉. 电工电能新技术. 2017(01)
[3]电机转矩脉动抑制的谐波消除法[J]. 华国新. 装备制造技术. 2016(05)
[4]PID控制器与CFD的耦合模拟技术研究及应用[J]. 陈琦,郭勇颜,谢昱飞,陈坚强,袁先旭. 航空学报. 2016(08)
[5]基于遗传算法的杨赤中插值权系数解算[J]. 陈天伟,卢献健,杨子江. 桂林理工大学学报. 2015(03)
[6]五桥臂电压源逆变器两永磁同步电机驱动的研究[J]. 耿强,张必军,史婷娜,谷鑫. 电工电能新技术. 2014(10)
[7]基于自适应陷波滤波器的在线机械谐振抑制[J]. 杨明,郝亮,徐殿国. 哈尔滨工业大学学报. 2014(04)
[8]小转动惯量PMSM电流环二自由度内模控制[J]. 蒋学程,彭侠夫. 电机与控制学报. 2011(08)
[9]用谐波注入抑制永磁同步电机转矩脉动[J]. 廖勇,甄帅,刘刃,姚骏. 中国电机工程学报. 2011(21)
[10]永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动的产生及其抑制方法综述[J]. 苏陈云,杨向宇. 微电机. 2010(03)
硕士论文
[1]模拟永磁同步电机的电力电子负载研究[D]. 金帅炯.南京邮电大学 2018
[2]IC制造装备无齿轮罗茨真空泵永磁同步电动机控制研究[D]. 吴炜桦.沈阳工业大学 2018
[3]基于SPC 1068的永磁同步电机伺服控制系统设计[D]. 边顺甬.东南大学 2018
[4]基于绳驱动的蛇形臂多关节伺服驱动技术的研究[D]. 吴建刚.哈尔滨工业大学 2018
[5]基于斜盘式轴向柱塞泵的复合控制系统研究[D]. 王航.昆明理工大学 2018
[6]绳驱动机器人的系统设计及运动控制研究[D]. 徐伟.南京航空航天大学 2018
[7]基于负载模拟器的伺服电机力矩测试系统研究[D]. 严璐.南京理工大学 2018
[8]双Y移30°六相永磁同步电机矢量控制策略研究[D]. 史友情.兰州交通大学 2017
[9]伺服系统机械谐振抑制的研究[D]. 李瑶.哈尔滨工业大学 2016
[10]基于HLS的多轴控制系统的设计和实现[D]. 牛盼情.华中科技大学 2015
本文编号：3312981
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