基于SERCOS总线的开放式CNC伺服系统的研究

摘要

金属针布是用于纺织业梳理机上的关键分梳元件。在针布齿条生产过程中，一般采用在线式高速旋转冲切模式，要求数千米长的齿条形状严格保持一致。这就要求针布冲齿杌必须同时完成两个高精度运动：一是旋转冲切运动(主传动轴)，二是牵料运动(进给传动轴)；二者必须严格同步协调，以确保齿形的一致性。 本课题的目的是以金属针布的伺服冲齿为工程背景，研究基于SERCOS总线的开放式交流伺服控制系统。在熟悉现场总线技术和伺服冲齿技术的基础上，通过学习交流伺服控制系统的原理和设计方法，认真探讨了基于SERCOS总线的开放式交流伺服控制系统的控制方案，对高精度位置伺服进行了较深层次的研究。 首先，介绍了金属针布的冲齿工艺，分析了传统生产工艺的弊端，确定了新型伺服冲齿的方案。以工控机(IPC)为系统的主控平台，采用两台高精度永磁同步电机分别驱动冲齿刀盘和牵引轮，两台电机采用电气耦合通过对两台伺服电机的位置控制，实现两轴的数字化柔性连接。整个通讯采用SERCOS总线，确保数据传输的实时性。 其次，对永磁同步电机(PMSM)进行数学建模，并确定了交流伺服的参数自整定PID控制方案。利用MATAIAB中的Simulink对数字伺服系统进行仿真，通过大量的仿真和现场生产时的实际数据，优化了系统的控制方案。 最后将工业计算机(IPC)、伺服系统、数据采集卡、智能通讯卡等部件一起构成CNC伺服系统的硬件，其控制结构采用位置、速度双闭环控制方式，在此基础上进行智能控制的研究。 本课题软件控制的核心是利用VisualC++中的MFC进行编程，控制算法全部由IPC中的软件实现。在运行过程中IPC作为数控管理器，将用户设定的产品参数转化为伺服电机运行的位置给定，通过模糊PID控制器，转换为伺服电机的控制信号，经SERCOS总线以网络广播的方式传输给伺服驱动器，从而使伺服驱动系统对设定实现位置和速度的随动控制，达到精确的随动控制性能。 从仿真和实验的结果来看，模糊PID控制具有很好的自适应性和鲁棒性。本控制系统与传统PID控制系统相比，具有PID参数自动进行整定和优化的特点。这种开放式数控体系实际应用于金属针布伺服冲齿控制系统中，得到满意的控制效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1数控系统概述

1.1.1数控系统发展简史

1.1.2开放式数控系统

1.2开放式数控系统发展现状及趋势

1.2.1国内外发展现状

1.2.2数控未来发展的趋势

1.3课题的研究背景及现实意义

1.3.1课题的研究背景

1.3.2课题的现实意义

1.4课题研究内容

第二章开放式伺服冲齿体系的介绍

2.1金属针布冲齿体系介绍

2.1.1传统冲齿机械机构

2.1.2新型冲齿机械机构

2.2系统硬件平台

2.2.1伺服电机的选择

2.2.2伺服驱动器的选择

2.2.3 SERCOS接口在系统中的应用

2.3系统软件平台

2.3.1 RTX在系统中的应用

2.3.2 SoftSERCANS在系统中的应用

2.4本章小结

第三章开放式伺服冲齿系统建模及其控制策略

3.1伺服冲齿系统概述

3.1.1伺服系统简介

3.1.2三相PMSM的矢量变换数学模型

3.2位置随动系统的控制策略

3.2.1位置随动系统概述

3.2.2位置随动系统的动态校正

3.3本章小结

第四章开放式伺服冲齿系统的智能控制

4.1参数自整定模糊PID控制器

4.1.1参数自整定模糊PID控制器的原理

4.1.2参数自整定原则

4.2参数自整定模糊PID控制器的设计

4.2.1各变量的模糊化及其隶属函数的确定

4.2.2建立模糊参数调整规则表

4.2.3模糊推理和模糊运算

4.3本章小结

第五章 开放式伺服冲齿系统的SIMULINK实现

5.1模糊PID控制系统的数字化仿真

5.2仿真结果与分析

第六章开放式伺服冲齿系统的实际应用

6.1实验方案及硬件组成

6.2上位机软件编程

6.3系统使用说明及性能指标

6.3.1系统使用说明

6.3.2系统性能指标分析

第七章结论

致谢

参考文献

附录