开放式数控系统运动控制方法研究

发布时间：2017-06-15 20:04

  本文关键词：开放式数控系统运动控制方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：开放式运动控制技术是开放式数控控制系统的核心技术之一。本论文的主要内容是基于“PC机+运动控制器”的开放式控制器的模式而展开的。以LabVIEW为开发工具、Galil DMC为下位控制器开发了开放式三轴运动实验平台。其中PC机负责管理系统的弱实时性的任务,实现程序的编辑和图形和坐标的显示。Galil DMC运动控制卡负责运动控制,提供运动脉冲控制并进行加工状态的实时监控。其具体的设计包括硬件设计和软件设计两部分,硬件部分采用了三层结构,最高层为PC机,作为人机交互的终端;中层为运动控制卡,负责上位机与底层执行机构的连接通信;底层是由伺服驱动器、伺服电机、变频器、主轴电机、滚珠丝杠等组成的执行机构。软件部分主要定义了开放式数控系统中的各个功能模块和加工运行过程的工作状态,并设计了控制系统的控制系统软件结构和状态转换程序框图;为了实现对软件资源的协调合理分配,提高了系统的实时动态响应性,引入了多任务实时分配的线程机制,通过不同优先级的模块对应不同的线程优先级,提高系统的实时响应性,最后分析设计了加工过程中的信息流程图。在位置伺服运动控制方法的研究上,详细分析了常规的PID位置伺服运动控制方法的特点,提出了一种响应速度快、精确性高和稳定性强的CMAC神经网络优化的PID控制方法,通过CMAC+PID的控制方法能在被控对象的参数改变或者外部环境变化时,在线实时自动的调整KP、KI、KD控制参数。在脉冲进给系统的运动平稳性控制方法的研究上,从时域和频域分析了影响运动平稳性原因,提出了寻找最优插补周期的方法来实现对传统数控脉冲进给系统的平稳运动控制;并从改变插补周期的角度提出了自适应随机周期的插补控制方法,为消除大插补周期情况下的周期性频率叠加问题提供了全新途径,由此提高了脉冲进给系统的运动平稳性。在开放式数控系统的上位机控制方法的研究上,以Lab VIEW作为上位机控制界面的开发工具,通过调用运动控制卡的ActiveX控件,设计了开放式数控系统的操作界面。通过在界面中输入加工程序能够实现简单的直线、圆弧插补运动。并成功地在开放式数控系统运动平台上完成了铣外圆的加工实验。
【关键词】：开放式数控系统 运动控制 CMAC+PID控制 LabVIEW
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 课题的来源和背景13-14
• 1.1.1 课题的来源13
• 1.1.2 课题的研究背景13-14
• 1.2 开放式数控系统概述14-16
• 1.2.1 开放式数控系统的概念和特征14-15
• 1.2.2 开放式数控系统模式15-16
• 1.3 开放式数控系统运动控制方法概述16-18
• 1.3.1 运动控制系统的组成16-17
• 1.3.2 运动控制方法概述17-18
• 1.4 课题的研究内容及方法18-19
• 第二章 开放式数控系统运动平台的软硬件设计19-39
• 2.1 运动控制平台硬件设计19-22
• 2.1.1 运动控制平台的机械结构设计19-20
• 2.1.2 运动控制平台的硬件体系结构20-21
• 2.1.3 运动伺服控制系统的工作原理21-22
• 2.2 DMC运动控制卡模块22-25
• 2.2.1 DMC-2143运动卡的特点22-24
• 2.2.2 运动控制卡的的功能模块24-25
• 2.3 伺服驱动系统功能模块25-29
• 2.3.1 伺服驱动器的功能概述25-26
• 2.3.2 伺服电机的选择26-28
• 2.3.3 编码器功能概述28-29
• 2.3.4 限位开关功能概述29
• 2.4 ICM-20105D转接模块29-32
• 2.4.1 运动控制-反馈接口29-30
• 2.4.2 I/O信号接口30-32
• 2.5 运动控制平台的软件设计32-36
• 2.5.1 开放式数控系统的软件结构32-34
• 2.5.2 基于多线程机制的任务调度34
• 2.5.3 数控运动系统的线程分配34-35
• 2.5.4 数控运动系统软件功能实现35-36
• 2.6 运动平台的搭建36-38
• 2.7 本章小结38-39
• 第三章 位置伺服运动控制算法39-60
• 3.1 伺服运动控制算法研究39-40
• 3.2 位置伺服PID控制算法40-50
• 3.2.1 PID控制概述40-41
• 3.2.2 伺服系统三环PID控制原理41-45
• 3.2.3 伺服系统的三环PID仿真及实现45-50
• 3.3 基于CMAC与PID的复合位置伺服控制算法50-59
• 3.3.1 CMAC小脑神经网络的概述50-51
• 3.3.2 CMAC+PID的复合控制算法51-53
• 3.3.3 CMAC+PID的MATLAB仿真及实现53-59
• 3.4 本章小结59-60
• 第四章 伺服系统的高平稳运动控制方法60-71
• 4.1 脉冲进给伺服系统的高平稳运动控制概述60-61
• 4.1.1 脉冲进给的平稳性问题60-61
• 4.1.2 高平稳运动控制的实现方法61
• 4.2 传统的插补控制方法61-68
• 4.2.1 单轴运动插补控制62-63
• 4.2.2 多轴运动插补控制63-66
• 4.2.3 单轴和多轴的运动稳定性仿真与分析66-68
• 4.3 自适应随机周期的高平稳运动控制方法68-70
• 4.3.1 自适应随机周期插补控制原理68-69
• 4.3.2 控制方法分析69-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第五章 基于LabVIEW控制方法的界面设计71-82
• 5.1 上位机控制界面的开发概述71-72
• 5.1.1 LabVIEW软件概述71-72
• 5.1.2 Lab VIEW对Galil库函数的调用72
• 5.2 主程序的设计72-75
• 5.2.1 软件系统的总体框架72-73
• 5.2.2 LabVIEW控制界面的设计73-74
• 5.2.3 LabVIEW界面程序框图设计74-75
• 5.3 通信模块75-76
• 5.4 程序编译处理模块76-79
• 5.4.1 G指令的提取执行77-78
• 5.4.2 坐标指令的提取执行78-79
• 5.4.3 辅助指令的提取79
• 5.5 状态显示程序模块79-80
• 5.6 基于开放式数控系统的实验80-81
• 5.7 本章小结81-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 总结82-83
• 6.2 展望83-84
• 参考文献84-87
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果87-88
• 致谢88-89

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