二自由度气-电伺服转台控制系统研究

摘要

二自由度气-电伺服转台是在实验室中用来固定投影仪阵列的一种实验设备，可以与三缸液压转台结合使用进行实验室条件下的某些设备的性能测试。气-电伺服转台二自由度运动分别由步进电机和气动控制。本论文在对步进电机控制系统及气动伺服系统特性进行分析的基础上，通过对控制策略的理论和实验研究，分别设计了横摇运动和纵摇运动的控制系统，实现了转台二自由度随动控制，下面是本论文的一些主要内容： 介绍了转台的结构组成，对转台两个自由度的运动轨迹进行分析，并着重论述了控制系统的组成部件及性能指标。转台二自由度运动采用计算机集中控制方式，选择不同的板卡控制步进电机及气动开关阀。步进电机控制选用PCI-1760板卡作为控制量输出卡，减小了实时输出控制脉冲所占用的CPU时间，并设计了变速控制与步数控制相结合的控制策略，提高了步进电机的响应速度和运行平稳性。在气动伺服系统中，由单出杆气缸、开关阀的数学模型推导出开关阀控气缸的数学模型。由于气动系统具有高度非线性，因此针对本系统设计了模糊控制器，利用模糊逻辑补偿系统的非线性因素。 本文利用可视化编程工具VC++6.0编制了控制界面，根据设计的控制算法编制了控制程序，实现了转台二自由度运动。通过对实验数据的分析，论证控制算法的可行性，对实验现象及相关问题进行了讨论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的来源及研究的目的和意义

1.2步进电机控制技术的研究现状及发展趋势

1.3气动技术的研究现状及发展趋势

1.3.1气动伺服系统控制方式

1.3.2气动伺服系统控制策略

1.4本课题研究的主要内容

第2章气-电伺服转台的系统组成

2.1引言

2.2气-电伺服转台的结构组成

2.3气-电伺服转台的运动分析

2.3.1转台横摇运动轨迹分析

2.3.2转台纵摇运动轨迹分析

2.4气-电伺服转台的控制系统组成

2.4.1转台横摇步进电机控制系统部件组成及性能

2.4.2转台纵摇气动伺服系统部件组成及性能

2.5本章小结

第3章转台横摇步进电机控制器设计与软件实现

3.1引言

3.2步进电机控制方案设计及控制板卡选择

3.2.1几种步进电机控制方案比较

3.2.2工控机控制板卡选择

3.3步进电机控制算法设计

3.3.1步进电机位置控制

3.3.2步进电机随动控制

3.4控制系统软件设计

3.4.1控制系统人机界面设计

3.4.2步进电机控制程序设计

3.4本章小结

第4章转台纵摇系统建模及模糊控制器设计

4.1引言

4.2转台气动伺服系统数学模型

4.2.1气缸运动过程中动力学方程及两腔压力微分方程

4.2.2考虑开关阀特性下的两腔质量流量方程

4.2.3气动系统数学模型的建立

4.3转台气动伺服系统的模糊控制器的设计

4.3.1模糊控制概述

4.3.2气动伺服系统模糊控制器的设计

4.4气动伺服系统控制程序编制

4.4.1 VC++6.0环境下的采样周期设置

4.4.2模糊控制程序编制

4.5本章小结

第5章实验及相关问题分析

5.1引言

5.2转台横摇对输入信号的响应实验

5.2.1横摇对阶跃信号的响应实验

5.2.2横摇对正弦输入信号的跟踪实验

5.2.3在运动环境下横摇系统的响应实验

5.2.4实验相关问题分析

5.3转台纵摇对输入信号的响应实验

5.3.1纵摇对阶跃信号的响应实验

5.3.2纵摇对正弦输入信号的跟踪实验

5.3.3实验相关问题分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢