多轴联动伺服系统关键技术研究与应用

摘要

随着机械领域运动形式的日趋复杂，控制系统产品的需求越来越多，特别是专用运动控制系统在速度和精度方面的要求日趋严格。本文针对多轴运动在特殊领域的高精度控制为研究方向，提出了使用西门子Simotion运动控制系统作为核心控制单元，建立一套四轴联动用于检测目标空间的运动特性和位置特性的运动控制系统。
　　本文首先介绍了该四轴联动伺服控制系统的执行机构，主体机械结构由导引头、支架、旋转横梁以及随动机构组成，驱动部分包括三台西门子伺服电机和一台直线电机。系统的四轴联动分别指的是横梁旋转电机带动横梁的旋转运动；直线电机带动随动机构的直线运动；随动机构上向心伺服电机和水平伺服电机的水平和垂直运动。四轴联动伺服系统中通过导引头天线转动和喇叭口天线的随动对准运动模拟空间角度的实时对准以及信号的接收，通过理论研究建立四轴联动控制系统的数学模型，运用经典PID控制方法进行控制系统仿真，通过模糊PID控制对控制方法进行改进，将仿真结果进行对比，得到最终的控制方案。
　　论文最后部分介绍了西门子Scout软件和WinCC flexible软件进行了软件设计，以Simotion为控制器搭建实验平台，并进行实验的测量和数据的采集。将实验数据进行分析，验证了控制系统的有效性，实现了四轴联动控制系统的基本功能。论文最后对整体工作进行了总结，并对下一步的课题研究提供一定的方向。

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 多轴运动控制系统国内外研究现状

1.3 多轴运动控制系统的发展方向

1.4 课题的主要研究内容

第2章 四轴联动伺服系统结构设计

2.1 总体结构及基本用途

2.2 横梁旋转机构与随动机构设计

2.3 总体结构的力学性能分析验证

2.4 本章小结

第3章 四轴联动伺服系统硬件设计

3.1 控制系统总体规划

3.2 控制系统电机的选型

3.3 Simotion运动控制系统

3.4 本章小结

第4章 四轴联动伺服控制系统设计

4.1 四轴联动控制系统模型建立

4.2 PID控制系统基本原理

4.3 矢量控制方法的应用

4.4 直线伺服电机PID控制仿真模型设计

4.5 向心伺服电机PID控制仿真模型设计

4.6 本章小结

第5章 模糊控制理论及模糊控制系统设计

5.1 模糊控制理论的应用

5.2 模糊PID控制器的设计

5.3 直线伺服电机模糊PID控制仿真模型设计

5.4 向心伺服电机模糊PID控制仿真模型设计

5.5 四轴联动系统随动装置仿真模型设计及分析

5.6 本章小结

第6章 四轴联动伺服系统软件应用及实验研究

6.1 Scout工程软件及应用

6.2 人机界面的设计及应用

6.3 随动系统测试实验及分析

6.4 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 研究展望

致谢

附录1

附录2

参考文献

附 录3

声明