基于USM60电机的精密平台设计与控制算法研究

发布时间：2017-08-20 07:08

  本文关键词：基于USM60电机的精密平台设计与控制算法研究

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【摘要】：精密加工技术对微电子、生物、医疗、航空、航天等方面都有至关重要的作用,高精密加工、定位技术也已成为科研工作的重要内容,若没有精密定位工作台将无法开展相应的检测与研究。为满足高精度加工与定位要求,减小人为误差,增强设备的自动化程度,本文设计了一套功能完善的二维精密定位平台控制系统。针对二维精密定位控制平台,本文进行了一系列的研究。首先,针对定位平台的三维结构进行设计,根据设计指标选择并安装合适的硬件,选用USM60超声电机作为平台的驱动单元,平台位置测量部分选用光栅尺位移传感器实时采集位置信息；其次,采用LabVIEW编程软件为该系统编写控制程序,通过Matlab仿真,分析并比较不同类型PID控制算法,软件主要用来采集平台的位置数据及控制电机的旋转,含有人机交互、测试、数据处理与显示等一系列内容；再次,比较实际使用中在文中提出的不同控制算法下平台的响应结果,根据响应速度、超调量、稳态误差等方面的比较,选择控制效果最好的变速积分式PID控制算法作为本系统最优控制策略；最后,分析系统存在的误差,找到减小或消除误差的办法,对最优控制策略下平台在不同目标、不同负载时的响应结果进行分析,合理记录实验结果并分析控制精度。通过大量实验分析验证,该平台的工作性能指标满足设计要求,可以对平台位置进行快速、稳定的控制,并且系统控制精度高,操作方便。
【关键词】：定位平台 光栅传感器 控制算法 LabVIEW 误差分析
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH703;TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-12
• 1.1 课题研究的背景及意义7-8
• 1.2 国内外平台技术研究现状8-10
• 1.3 本课题研究意义及主要研究内容10-11
• 1.3.1 研究意义10
• 1.3.2 主要研究内容10-11
• 1.4 本章小结11-12
• 2 定位平台总体方案设计12-15
• 2.1 系统设计要求12-13
• 2.2 总体设计方案13-14
• 2.2.1 系统组成13
• 2.2.2 系统的工作原理13-14
• 2.3 本章小结14-15
• 3 平台硬件设计15-25
• 3.1 平台三维设计15-18
• 3.1.1 平台结构设计15-16
• 3.1.2 平台导轨副设计16-18
• 3.2 丝杠与联轴器的选型18
• 3.3 电机及驱动器的选型18-20
• 3.3.1 驱动模型的建立19-20
• 3.4 位移测量传感器20-22
• 3.5 平台总体结构22-24
• 3.6 本章小结24-25
• 4 软件平台设计25-48
• 4.1 端口配置程序25-26
• 4.2 平台功能设计26-36
• 4.2.1 系统主程序界面26-28
• 4.2.2 检测外设子程序28-30
• 4.2.3 系统手动控制界面30-32
• 4.2.4 系统自动控制界面32-36
• 4.3 平台控制算法设计36-46
• 4.3.1 增量式PID控制算法37-40
• 4.3.2 变速积分PID控制算法40-42
• 4.3.3 模糊PID控制算法42-46
• 4.4 可执行文件的生成46-47
• 4.5 本章小结47-48
• 5 系统实验及分析48-60
• 5.1 定位平台速度控制48-51
• 5.2 定位平台空载实验51-53
• 5.3 定位平台负载实验53-58
• 5.3.1 5kg负载实验53-57
• 5.3.2 10kg负载实验57-58
• 5.4 定位平台综合调节58-59
• 5.5 本章小结59-60
• 6 误差分析60-69
• 6.1 实验结果的计算和处理60-63
• 6.2 误差定性分析63-67
• 6.3 本章小结67-69
• 7 结论69-72
• 7.1 论文总结69-70
• 7.2 研究展望70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 附录77

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本文编号：705206