复杂圆柱零件专用组合加工平台控制技术研究

摘要

复杂圆柱类零件在机械设备中有着十分广泛的应用，为了提高该类零件的强度与精度，需要对加工设备的控制技术进行研究。本课题依托西安市科技局复杂圆柱零件专用组合加工平台产业化项目，基于模糊PID控制算法，对复杂圆柱零件专用组合加工平台控制技术进行研究，完成控制系统的搭建，有效提高了专用组合加工平台的可靠性与加工精度。主要工作为:
　　(1)对复杂圆柱零件专用组合加工平台的伺服结构进行研究与设计。X-Y-Z结构加工平台中的电机驱动系统使用永磁同步直线电机，同时使用光栅尺对电机驱动系统进行实时检测并反馈，从而实现了全闭环控制。
　　(2)分析永磁同步直线电机的原理与结构，根据直线电机的数学模型完成仿真模型的建立。基于模糊PID控制算法，完成整体系统仿真模型的搭建，通过仿真实验验证可行性。
　　(3)完成硬件与软件的设计工作。硬件电路中采用了DSP作为整体控制系统的核心，同时完成了检测电路、反馈电路、过电流保护电路、驱动电路的设计工作。软件设计主要包括模糊PID控制算法与SVPWM波的实现。
　　应用SIMULINK软件完成整体系统的仿真验证，在自行搭建的实验平台上完成软、硬件系统的调试，同时对系统各项参数进行检测。其结果表明，本次实验平台能够达到复杂圆柱零件的加工要求，验证了本次研究工作的正确性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 选题来源和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 复杂圆柱类零件加工研究现状

1．2．2 直线电机在组合加工平台控制技术中的应用现状

1．2．3 专用组合加工平台控制策略研究现状

1．3 研究工作的重点

2 专用组合加工平台伺服结构与硬件电路分析

2．1 系统需求分析

2．2 专用组合加工平台伺服系统结构分析

2．2．1 专用组合加工平台结构及原理

2．2．2 专用组合加工平台伺服系统基本结构

2．2．3 专用组合加工平台XYZ工作台伺服系统

2．3 控制部分硬件电路设计

2．3．1 主控芯片介绍

2．3．2 电源电路设计

2．3．3 IPM模块电路设计

2．3．4 直线电机QEP模块电路设计

2．3．5 电流检测模块电路设计

2．3．6 其他电路设计分析

3 专用组合加工平台空间矢量控制原理分析

3．1 永磁同步直线电机空间矢量控制原理分析

3．2 永磁同步直线电机的矢量控制方法

3．2．1 实现对动子磁极的定向控制

3．2．2 id=0控制法分析

3．3 SVPWM的控制策略分析与模型建立

3．3．1 参考电压所处扇区判断

3．3．2 确定作用时间

3．3．3 计算开关时间

3．3．4 空间矢量模型建立与仿真

3．4 空间矢量模型仿真

4 模糊PID控制模型建立与仿真分析

4．1 永磁同步直线电机及其系统建模

4．1．1 永磁同步直线电机结构分析

4．1．2 直线电机工作原理分析

4．1．3 直线电机的分类

4．1．4 直线电机优缺点分析

4．1．5 直线电机数学模型的建立

4．2 模糊PID控制器算法研究与设计

4．2．1 模糊控制理论

4．2．2 模糊PID控制

4．2．3 模糊PID控制器设计

4．3 模型建立与仿真结果分析

4．3．1 系统仿真模型建立

4．3．2 仿真结果分析

5 专用组合加工平台控制技术软件模块分析

5．1 DSP集成开发环境CCS概述

5．2 数据定标分析

5．3 专用组合加工平台控制系统软件设计

5．4 专用组合加工平台控制系统软件模块分析

5．4．1 动子初始位置分析

5．4．2 速度模块计算与分析

5．4．3 A／D采样模块

5．4．4 SVPWM波产生模块

6 实验结果与分析

6．1 实验平台

6．2 实验分析

6．2．1 永磁同步直线电机定子位置信号

6．2．2 输出SVPWM波实验

6．2．3 光耦合后SVPWM波输出分析

6．3 直线电机位移与速度响应实验

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

声明

附录