基于TwinCAT机器视觉捕捉目标的伺服控制器系统的研究

摘要

近年来，计算机处理器性能和运算速度不断地提高，成本却不断地下降，视觉系统应用到伺服控制系统的设备越来越多，应用范围也越来越大。视觉是人类最重要的器官之一，它能帮助人类获取最想要的信息，在图像处理技术不断发展的今天，人们常利用该技术来获取信息，并作为反馈，从而构成闭环的机器视觉系统，伺服控制系统驱动电机迅速完成控制任务，图像处理的快速性和准确性成为评价系统优劣的主要指标。
　　本文主要从两个方面进行研究，在图像处理阶段，图像采集卡通过摄像头对图像进行采集，并且把它保存到电脑硬盘中，利用阈值分割法获得我们所需要的目标区域；然后，利用二值图像分割法把图像转化为0/1二进制的矩阵，有助于后期数字化处理；最后，利用模版匹配的方法进行图像匹配，可迅速找到目标的实际位置，把相应的信息传送给伺服控制系统，伺服控制系统对目标进行抓取。
　　TwinCAT是一款嵌入到PC机中的PLC编程软件。它既具有传统PLC的编程语言通俗易懂的优点，又有现代PC机处理速度快、兼容性好、稳定性高的优点。TwinCAT不但可以与VC++在不需要任何接口的情况下进行数据传输，传输速度快，可靠性高，而且它支持很多通讯协议，例如，profibus、canopen、modbus和ethercat等等。
　　伺服系统控制电机，不但要有稳定性，还要有快速性。本课题为此构建了内外双环的闭环模型：速度环和电流环。内外双环均采用算法简单、稳定性好的PI调节器。传统的PI调节器虽然也算法简单、稳定性好，但是必须依赖于准确的数学模型，并且系统变化时不能准确地进行自我调节。针对这一缺点本文提出了模糊-PI控制系统的方案，并在 MATLAB/simulink环境下进行仿真，在相同的干扰下，通过仿真比较传统的PI与模糊-PI波形变化情况，结果显示模糊-PI鲁棒性能更强，能更好的适应复杂环境，使系统具有更好的稳定性。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 研究的主要内容

第二章 视觉子系统的设计

2.1 视觉子系统工作原理

2.2 图像处理

2.3 VC++图像界面的设计

2.4 本章小结

第三章 软PLC TwinCAT在伺服控制系统的作用

3.1 TwinCAT通讯的研究

3.2 数据连接

3.3 EtherCAT网络

3.4 本章小结

第四章 永磁同步电机矢量控制理论

4.1 PMSM模型

4.2 本章小结

第五章 空间电压矢量调制SVPWM技术

5.1 前言

5.2 SVPWM模型

5.3 SVPWM控制算法分析

5.4 本章小结

第六章 PMSM伺服控制系统模糊PI参数自整定仿真研究

6.1 模糊PI调节器原理

6.2 模糊PI自整定的仿真

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果