工业机器人交流伺服运动控制系统软件开发

发布时间：2017-08-24 00:31

  本文关键词：工业机器人交流伺服运动控制系统软件开发

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【摘要】：交流伺服系统是工业机器人核心部件之一。本文以国产工业机器人交流伺服系统研究和高速重载机器人技术为背景,系统分析了工业机器人交流伺服系统的技术特点,论述了具有空间矢量控制与直接转矩控制两种控制方式的交流伺服运动控制系统软件的开发工作,探索应对工业机器人发展过程中的新需求。交流伺服常用的控制方法有空间矢量控制和直接转矩控制。前者具有精度高的优点,常用于位置与速度控制；后者具有转矩响应快、转矩脉动低等优点,适用于电机的转矩控制。本文论述的交流伺服运动控制系统以高性能DSP为控制核心,支持空间矢量控制与直接转矩控制两种控制方式,并可方便地进行软件切换；上位PC机运行CANopen伺服管理软件,采用WinForm控件开发。文中首先介绍了交流伺服的发展现状和主流伺服产品,并给出了具有空间矢量控制与直接转矩控制两种控制方法的交流伺服运动控制系统软件体系架构。接着详细说明了空间矢量控制软件的系统结构和各个功能模块的设计原理与实现过程。同时论述了空间矢量控制的基础上的速度规划、转动惯量辨识和PID参数自整定等辅助程序的设计原理,并给出软件实现。然后介绍了直接转矩控制的基本原理和直接转矩控制软件的体系结构,以及磁链和转矩比较器、磁链转矩估算模块、开关电压矢量表等功能模块的设计原理,并给出直接转矩控制程序实现过程和实验分析。然后对两种控制方式的控制特点进行对比,同时设计了两种控制模式的平滑切换程序。接着论述了CANopen从站程序的开发并介绍了PC端伺管理软件的设计与开发流程。伺服管理软件实现了对伺服驱动器的参数配置、实时监控等功能。最后给出了交流伺服运动控制系统软件的测试实验与分析,验证了软件的可行性。
【关键词】：工业机器人 交流伺服系统 运动控制 空间矢量控制 直接转矩控制 CANopen通信
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 工业机器人系统结构9-10
• 1.3 交流伺服发展现状10-15
• 1.3.1 电机控制技术的发展10-11
• 1.3.2 伺服控制技术的发展11-12
• 1.3.3 数字伺服总线技术的发展12-13
• 1.3.4 主流伺服产品介绍13-15
• 1.4 交流伺服运动控制系统软件15-16
• 1.5 论文研究背景及意义16-17
• 1.6 论文章节安排17-19
• 第二章 交流伺服运动控制系统设计19-29
• 2.1 永磁同步电机数学模型和坐标变换原理19-22
• 2.1.1 永磁同步电机数学模型19-21
• 2.1.2 坐标变换原理21-22
• 2.2 CANopen协议的基本原理22-23
• 2.3 交流伺服运动控制系统整体设计23-27
• 2.3.1 硬件实验平台搭建24-25
• 2.3.2 电机控制软件整体设计25-26
• 2.3.3 基于CANopen的伺服管理软件整体设计26-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第三章 空间矢量控制模块软件设计29-47
• 3.1 空间矢量控制基本原理29-30
• 3.2 空间矢量控制模块软件结构30-31
• 3.3 空间矢量控制模块软件实现31-41
• 3.3.1 主要功能模块实现31-35
• 3.3.2 速度规划模块35-36
• 3.3.3 转动惯量辨识模块36-39
• 3.3.4 PID参数自整定程序39-40
• 3.3.5 空间矢量控制中断程序40-41
• 3.4 空间矢量控制模块软件测试41-45
• 3.4.1 速度环与速度规划模块测试41-43
• 3.4.2 位置环测试43-44
• 3.4.3 转动惯量辨识模块测试44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第四章 直接转矩控制模块软件设计47-59
• 4.1 直接转矩控制的基本原理47
• 4.2 直接转矩控制模块软件结构47-49
• 4.3 直接转矩控制模块软件实现49-54
• 4.3.1 主要功能模块实现49-53
• 4.3.2 直接转矩控制中断程序53-54
• 4.4 直接转矩控制模块实验54-55
• 4.5 控制方式的对比与控制模式切换模块设计55-58
• 4.5.1 控制方式的对比55-56
• 4.5.2 控制模式切换模块设计56-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第五章 基于PC的伺服管理软件开发59-69
• 5.1 CANopen从站程序设计与实现59-62
• 5.1.1 对象字典59
• 5.1.2 信息接收与发送59-61
• 5.1.3 报文分类处理61-62
• 5.2 基于PC的伺服管理软件设计62-68
• 5.2.1 主界面设计62-63
• 5.2.2 通信设置63-65
• 5.2.3 电机参数配置65-66
• 5.2.4 控制参数配置66
• 5.2.5 实时监控66-67
• 5.2.6 CANopen配置67-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第六章 运动控制系统实验与分析69-75
• 6.1 运动控制系统实验与分析69-74
• 6.1.1 位置与速度控制69-71
• 6.1.2 转矩控制71-72
• 6.1.3 控制模式切换72-74
• 6.2 本章小结74-75
• 第七章 总结与展望75-77
• 7.1 总结75
• 7.2 展望75-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-83
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 顾硕;;EtherCAT正在成为中国真正的市场标准[J];自动化博览;2015年01期

2 赵峰;;中国首台重载机器人搅拌摩擦焊系统顺利交付[J];现代焊接;2014年12期

3 夏勇;叶晓东;赵江海;;基于CANopen协议的数字伺服控制[J];电气自动化;2014年01期

4 孙英飞;罗爱华;;我国工业机器人发展研究[J];科学技术与工程;2012年12期

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本文编号：728194