基于步进电机模糊控制的磁瓦粘接机构研究

摘要

随着社会不断发展进步，各种电器设备的自动化程度越来越高，电机的使用也越来越普遍，尤其直流电机越来越广泛的使用，永磁式直流电机以其性能稳定，扭矩大，耗电省等优点而广泛运用于各种家用电器、动力设备、精密测试设备、汽车电器等。在电机生产过程中磁瓦粘接是制约生产线产能的一道工序，目前对于磁瓦涂胶并安装入电机机壳内的这一步骤并没有先进的自动化设备，基本上都是依靠工人手工涂胶再手工安装，这样导致了安装速度慢，效率低下，安装质量不稳定，不能满足生产要求等一系列问题。
　　 为了节约劳动力和降低劳动者劳动强度，同时避免劳动者直接接触对人体有害的粘接剂，本课题以摩托车起动电机磁瓦粘接为背景，设计了一种基于步进电机的磁瓦粘接机构，就磁瓦粘接机构的机械电气结构、运动控制等方面进行了一系列研究。
　　 根据磁瓦粘接的要求和特点本文设计出了机构的机械传动部出并采用步进电机作为执行元件，通过对步进电机的控制来完成磁瓦粘接的各步动作。建立了以ARM7-LPC2131芯片为控制核心的步进电机闭环控制系统，通过位置反馈实现对步进电机的高精度闭环定位控制。
　　 建立了闭环控制系统的传统函数，针对步进电机高度非线性的特点，设计了应用于步进电机闭环控制的参数模糊自整定PID控制器。通过simulink仿真，分析了PID控制和模糊PID控制在步进电机跟踪给定位置时系统的响应情况，得出模糊PID控制比普通PID控制精度高、超调量小。
　　 此外本文还详细介绍了控制系统硬件和软件的设计以及模糊控制的原理。
　　 通过试验表明，本文设计的磁瓦粘接机构能够实现磁瓦自动化粘接的基本功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 文献综述

1.1磁瓦粘接概述

1.2步进电机概述

1.2.1步进电机的开环控制

1.2.2步进电机的闭环控制

1.2.3步进电机的模糊控制

1.2.4步进电机的矢量控制

1.3模糊控制技术的研究应用现状与趋势

1.3.1模糊控制技术的起源与特点

1.3.2模糊控制国内外研究与应用现状

1.3.3模糊控制发展趋势

第2章 绪 论

2.1研究的意义和目的

2.2主要研究工作

2.3论文安排

第3章 磁瓦粘接机构的设计

3.1起动电机磁瓦粘接的特点

3.2伺服机构的设计

3.2.1主要机械传动部件的选择

3.2.2执行元件的选择

3.3机构伺服驱动控制系统设计

3.3.1伺服驱动控制系统设计的基本要求

3.3.2提高步进系统运行精度的措施

3.4步进电机的选择

3.5驱动器的选择

3.6位置反馈传感器的选择

3.7本章小结

第4章 控制系统的结构分析

4.1控制系统的传递函数

4.1.1步进电机的传递函数

4.1.2步进电机驱动器的传递函数

4.1.3主控制器的传递函数

4.1.4减速器的传递函数

4.1.5光电编码器的传递函数

4.2本章小结

第5章 控制算法的研究

5.1控制算法的选择

5.1.1数字PID控制算法

5.1.2模糊控制算法

5.1.3模糊PID控制算法

5.2步进电机位置模糊控制器的设计

5.2.1位置模糊PID控制器的设计

5.3模糊PID控制算法的MATLAB仿真

5.4控制器MATLAB编程

5.5本章小结

第6章 控制系统的实现

6.1硬件电路设计

6.1.1控制芯片的选择

6.1.2系统电源部分

6.1.3串口通讯部分

6.2系统软件构成

6.2.1机构运行程序框图

6.2.2步进电机控制程序

6.3本章小结

第7章 试验与分析

7.1步进电机运行测试

7.2磁瓦粘接试验

7.3误差分析与改进措施

第8章 全文总结

8.1工作总结

8.2工作中的不足与展望

参考文献

致 谢

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