基于LabVIEW的多轴运动控制系统半实物仿真平台设计

摘要

目前，我国劳动力成本正逐渐提高，人口红利正在减少。但是，随着工业机器人行业的崛起和迅速发展，人工生产正逐渐被工业机器人所代替。由于工业机器人在工业生产中的诸多优势，人们已经越来越重视对它的开发和控制研究。多轴运动控制系统作为机器人的控制理论基础，也得到了人们的重视和研究。而半实物仿真技术作为研究运动控制的手段，同样受到人们的关注。
　　主要选取了一个典型的多轴运动控制系统——SCARA机械手作为研究对象，研究和分析其运动学、动力学特性，并建立机械手的运动学方程、动力学方程等数学模型及关节驱动电机的数学模型；研究了传统的 PID控制算法以及滑模变结构和分数阶 PID智能控制算法，并且设计了相对应的控制器，在MATLAB/SIMULINK中分别进行了单轴和多轴控制仿真；在此基础上，采用―计算机+运动控制器‖的方式设计了控制系统的半实物仿真平台，并且选择 PMAC运动控制卡、伺服驱动器、电机及编码器等元件设备；在确定所选设备的连接关系后，搭建了一个单轴的运动控制平台，分别进行并完成了驱动器与电机及编码器的调试，PMAC运动控制卡与计算机之间的通信调试，PMAC运动控制卡与电机的开环调试等。
　　最后，在上位机上以 LabVIEW图形化编程软件为平台，设计了相应的控制检测系统，并在该平台上实现了对单轴运动控制系统中电机速度的采集及显示。从系统运行的情况来看，所建立的半实物仿真系统平台能够较为真实的反映出电机的运行情况，该系统也可用于其它智能控制算法的验证和实验。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要内容

第2章 运动控制系统分析与建模

2.1 运动学分析基础

2.2 机器臂数学建模

2.3 关节驱动电机数学模型

2.4 总结

第3章 控制策略研究与仿真

3.1 控制策略研究

3.2 控制设计与仿真

3.3 小结

第4章 多轴运动控制系统设计

4.1 系统总体设计方案

4.2 系统硬件组成

4.3 系统软件设计

4.4 系统搭建与调试

4.5 小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢