基于浮力的三维实体非接触测量的精密运动定位控制系统设计与分析

摘要

现代制造工业对三维实体测量的要求越来越高,目前采用的测量方法都存在某些不足之处,如测量精度不够、测量速度太慢、破坏被测物体等。为此提出了一种基于浮力的三维实体非接触测量方法。这是一种全新的测量方法,通过测量物体在液体中浮力变化,计算相应片层的质量、重心等信息,在计算机中重构出被测物的三维模型。
　　在三维测量过程中,对整个系统的精度要求很高,尤其是其关键运动控制系统——垂直定位运动控制系统提出了很高的要求,其运动精度将直接影响到测量精度和三维模型的重构。为了提高垂直运动控制系统的精度,及获得良好的系统综合性能指标,必须设计一个高精度的机电伺服平移运动控制系统。
　　首先对机电控制的多种控制方法和控制器进行研究比较,选择了功能强大的Universal PMAC Lite型多轴运动控制器作为其实时控制核心。并采用高性能的安川交流伺服驱动系统,引入了先进的控制策略,利用伺服系统光电编码器和长光栅形成双闭环系统。软件系统包含下位机实时控制模块和上位机系统管理模块两部分,实现了伺服驱动系统的实时控制,参数输入和运动位置检测的人机界面。
　　通过对该定位运动控制系统的误差分析和和补偿,提高了伺服系统的性能,实现了工作台的高精度控制,其精度完全满足三维实体测量的特殊要求。该系统具备了完备的软、硬件控制功能,此外具有高度的开放性,为软、硬件系统的功能扩展提供了广阔平台,为课题组研制基于浮力的三维测量机做好了必要的准备。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

§1.1 三维实体测量的发展现状

§1.2 精密定位控制系统的发展现状

§1.3 本课题的来源和意义

§1.4 本文的研究内容

第二章 基于浮力的三维实体非接触测量系统的原理和结构

§2.1 三维实体测量原理

§2.2 系统总体结构设计

§2.3 主机结构和工作过程

§2.4 本章小节

第三章 精密定位运动控制系统总体设计方案

§3.1采用单片机的步进电机控制

§3.2 电机的PLC直接控制系统

§3.3 利用数字I/O卡实现电机的精密控制系统

§3.4 利用可编程多轴运动控制卡对交流伺服电机的控制系统

§3.5 对以上多种控制方案进行比较

§3.6 本章小结

第四章 PMAC多轴运动控制器的研究

§4.1 PMAC结构、工作原理及功能简介

§4.2 PMAC与系统及外部输入/输出的连接

§4.3 多轴运动控制器的PID算法及参数设置

§4.4 多轴运动控制器的运动模式及编程

§4.5 本章小节

第五章 基于PMAC的精密运动伺服控制系统的设计

§5.1 基于PMAC运动控制卡的控制系统硬件结构

§5.2 控制系统的数学模型分析

§5.3 控制系统的软件设计

§5.4 本章小结

第六章 精密定位控制系统的误差检测与分析

§6.1 运动定位控制系统的误差产生原因

§6.2 精密运动定位平台定位精度的检测

§6.3 提高定位精度的方法

§6.4 本章小节

第七章 全文总结和展望

结束语

参考文献

附录A 运动控制模块部分程序

附录B 精密电子天平串口通讯程序

附录C 工作台定位误差测量表

致谢

发表论文目录