李静岚[1]2003年在《基于CAN总线伺服系统的多电机同步控制算法的研究》文中研究说明随着近年来伺服系统的发展，多电机传动已被越来越广泛地应用于各种领域中。为了提高多电机传动系统的动态和稳态性能，以及满足一些特定系统对于多电机精确同步的要求，多电机同步控制方法的研究也变得越来越重要。一个优秀的同步控制方法要兼顾系统的时间和空间两个方面，因此同步控制方法的研究要深入到速度和位置的双重同步，它的成功研究可以应用到军事、航空以及一般工业技术领域中，为需要统一动作功能的多台电机提供协调控制技术。本文提出了用两台电机分担力矩，共同驱动同一个轴的伺服系统模型。在这个系统中，两台电机速度和转角的精确同步是最关键的，根据这一特殊要求，本文研究了已被广泛应用的非耦合控制算法和传统的耦合控制算法，提出了改进的耦合控制算法对两台电机进行控制，并对几种控制算法进行仿真分析。当系统受到动态干扰时，电机同步与跟踪系统给定值之间不能协调时，改进的耦合控制算法强调两台电机的精确同步，而不是绝对地跟踪系统给定值。这一特点可以满足本文所研究的特殊系统的要求。在多电机同步控制中，各电机之间实时的数据通信是很重要的。为了满足这个要求，检测每个电机的速度和位置数据以及传送指令都需要大量复杂的数据信号线。因此传统的通信技术可能因为接线复杂、噪音以及数据线的维护而降低系统的可靠性，增加成本。为了解决这个问题，本文提出了一种基于CAN总线通信的多电机同步控制系统模型。因为CAN总线的特点，使得系统接线简单，易于修改和完善，并且可以达到系统对于实时性和稳定性的要求。
张伟[2]2011年在《基于CAN总线的雷达伺服协调控制研究》文中研究表明常见的俯仰跟踪雷达系统由底座的双轴电机来完成驱动,伺服电机的协调工作是其正常运行的前提。虽然传统伺服系统采用的非耦合DCS控制方式控制简单,但存在跟踪精度不高和系统协调性能欠佳的缺点,系统进一步升级受到限制。针对此问题,提出一种基于CAN总线的变增益交叉耦合协调控制模式。通过对双轴雷达伺服系统建立数学模型,在分析俯仰和水平伺服电机跟踪误差对整个雷达伺服系统精度的影响的基础上,采用变增益交叉耦合控制算法对雷达伺服系统进行协调控制。经仿真验证,该方法行之有效,能有效减小系统轮廓误差。在理论分析的基础上,进行对系统的硬件设计和软件平台的开发,最终实现预期目的。本文的主要研究内容如下:1.雷达伺服系统协调控制系统模型的建立。首先分析雷达伺服的结构组成,建立双轴协调控制模型。然后推导出双闭环调速伺服系统的传递函数,进而推导出基于雷达伺服系统的交叉耦合控制模型,最终得到系统的控制模型。2.交叉耦合控制算法的研究。分析了典型协调控制算法的优缺点,确定交叉耦合控制算法的可行性。对交叉耦合算法中的关键问题进行讨论,得到交叉耦合控制算的关键参数表达式。3.基于CAN总线的通信系统设计。根据系统对实时性的要求,设计了CAN总线的转换接口和下位通信节点,实现了通信系统的硬件和软件功能。4.雷达伺服协调控制监控系统设计。在分析系统的功能需求的基础上,开发出一套合适的监控系统软件。系统最终在实时性和可靠性方面能够满足要求,达到预期目的。
崔玲玲[3]2007年在《基于CAN总线的多电机同步控制系统研究》文中认为多电机同步控制在工业领域中的应用已越来越广泛，控制精度与工艺要求也越来越高。诸如印刷设备、造纸设备、垂直升船机、印染设备和轧钢等有着多个分散工作机构的大型设备，只有保证多个电机之间按某种比例关系同步协调运转，才能确保生产的正常运行，而系统同步性能的好坏，直接影响到产品的品质和性能，因此，深入研究多电机的同步控制，提高其同步精度具有重要的意义。现场总线技术的快速发展为实现对多电机实时有效的控制提供了保证，论文采用PC机作为主节点，采用CAN总线接口卡实现CAN协议的物理层和数据链路层功能，从而构成控制网络的主节点；采用具有数字信号处理器TMS320LF2407A的运动控制器控制电机，构成控制网络的从节点。主节点向从节点发送控制命令，从节点响应控制命令后，将电机的状态信息反馈给主节点，同时将状态信息发送给其它从节点。主节点人机界面采用Visual C++编写，人机交互能力强，方便对运行的监控与设置。论文充分利用了CAN总线的优点以及数字信号处理器TMS320LF2407A的强大运算处理能力和丰富的片内外资源，再加上有效的控制策略，实现了多电机的同步控制与管理。
钱俊璋[4]2017年在《大口径望远镜伺服控制系统研究》文中研究说明随着技术的发展,望远镜的分辨率逐渐提高,口径也日益增大,传统的有刷直流电机在尺寸、功率等方面已经无法满足系统需求。目前,国外GTC、VLT、Subaru和ALMA等大口径望远镜纷纷采用了永磁同步电机弧形拼接的驱动策略。该种驱动方式的电机定子由多块弧形单元拼接组成,并且永磁同步电机无换向刷、效率高且力矩波动小,因此可以满足系统跟踪精度要求。目前,由于直流电机技术成熟稳定,基于交流电机的望远镜伺服系统在国内还几乎没有得到应用。因此,研究如何设计基于交流电机的望远镜伺服控制系统具有重要的工程意义。本文首先阐述了永磁同步电机空间矢量控制方法的坐标变换原理和实现方式,然后在Matlab/Simulink中构建了仿真模型,并进行了系统速度阶跃响应实验,实验表明基于永磁同步电机的伺服系统响应快、波动小、稳定可靠,验证了该矢量控制方法的可行性。将传统的基于RS422/485的伺服系统控制策略与基于现场总线的伺服系统控制策略进行了具体比较,阐明了CAN总线的优势。并对基于CAN总线的CANopen协议进行了深入研究,包括CAN总线物理层、报文协议和应用层等。设计了基于现场总线的伺服系统的硬件架构和CANopen主站软件架构,在搭建的实验平台上进行了相关的通信测试,实验表明基于CANopen协议的伺服控制系统实时性高、可靠性强,能满足系统的需求。在搭建的实验平台上对系统进行了正弦扫频测试,采用离散傅里叶变换的方法获得了系统频率特性并进行了系统模型辨识,在辨识模型的基础上对伺服系统的速度环、位置环分别进行了设计。由于传统的PI控制存在相位滞后的问题,会引起较大的换相误差和跟踪误差,本文研究了引入前馈控制的结构,并通过实验测试表明引入前馈控制后,系统的带宽不会提高但相位滞后得到明显改善,从而提高了系统的响应能力,减小了跟踪误差。分析了影响望远镜跟踪精度的几种扰动:摩擦力矩,风载扰动和力矩波动。为抑制外部扰动对望远镜带来的影响,采用了加速度环的多闭环控制结构。首先,分析了引入加速度环对扰动抑制的影响,然后提出了一种结合低速加速度估计器和牛顿迭代预测的估计器以估计系统加速度。通过在实验平台上进行的实验测试表明,引入加速度环后系统的扰动抑制能力得到了大幅度的提高。由于提出的加速度估计器存在一定的相位滞后,而可直接测量的角加速度传感器造价昂贵,因此,从控制算法角度出发提出基于指数趋近率的滑模控制方法来克服参数变化以及外部扰动对系统的影响。为了能对摩擦进行实时补偿,提出了一种滑模观测器对系统中的扰动进行实时观测估计并补偿。通过在实验平台上进行的实验表明,基于指数趋近率和滑模观测器的控制方法对于系统运行过程中的换相误差抑制效果较为明显。最后阐述了传统的望远镜俯仰轴单电机驱动存在的局限和缺点,并对双电机控制模型进行了分析。和单电机驱动相比,采用双电机驱动能将系统的反谐振频率提高2~(1/2)倍。在现有实验平台上实现了基于CANopen协议的的双电机驱动控制系统,并将多种双电机同步控制策略进行了对比,提出采用PD补偿器对系统的同步误差进行补偿。实验表明双电机控制在带宽和扰动抑制方面比单电机驱动均有提高。
卢光宝[5]2008年在《基于CAN总线的嵌入式多轴数控磨的开发与研究》文中进行了进一步梳理介绍了基于ARM微处理器和CAN总线多轴数控磨削系统的设计。利用CAN总线的实时性和可靠性,来提高数控机床的性能。上位机采用控制器S3C2410,通过SPI串行通讯接口,实现MCU与CAN总线控制器之间的通讯。由MCU传输的数据经过CAN控制器的处理,转换成符合CAN2.0协议的标准格式,以报文形式发送到CAN总线上的相关节点,完成对多轴伺服电机的运动控制。数控系统在整个现代制造系统中处于重要的地位,其开放性和嵌入式技术的应用是数控技术领域研究的热点问题之一。研究的目的是在数控系统中应用嵌入式技术,采用32位ARM9嵌入式微处理器(S3C2410)与基于CAN总线的分布式控制模型,利用CAN总线的实时性和可靠性,来提高数控机床的性能。上位机采用控制器S3C2410,通过SPI串行通讯接口,实现MCU与CAN总线控制器之间的通讯;应用嵌入式操作系统的多任务和实时性,以及ARN9的高速运算能力,在提高控制精度的同时提高插补速度,并且通过扩充可以使其适用于不同的控制对象,易于数控系统的二次开发。研究了CAN总线在数字交流伺服系统与运动控制中的应用,探讨了伺服电机驱动与多轴运动控制中实时网络控制问题,介绍了一种基于CAN总线技术的数字交流伺服系统及其结构原理和软、硬件设计。本文进行了将改进的耦合控制算法应用于嵌入式数控系统以增强伺服系统的同步性控制性能。利用Matlab对其仿真并对其结果进行了分析。本文的研究与应用增强了数控系统的开放性,缩短二次开发周期,提高系统的伸缩性、可移植性、可互换和互操作性,对数控技术的发展具有重要的意义。
石元元[6]2010年在《基于CAN总线的无轴传动控制系统》文中认为无轴传动技术是一门新兴的、跨学科的综合型技术,是传动技术、控制技术、通信技术和机械技术的有机结合。无轴传动技术具有开放式结构、极高的同步协调性、低成本、灵活性、远距离技术支持的优点,为印刷设备的传动系统提供了一种新的解决方案。本文介绍了无轴传动控制系统的国内外发展情况,通过研究、比较、分析,以大型印刷设备为背景,应用CAN总线通信和电机同步控制的方法,设计了无轴传动控制系统。CAN总线具有传输距离远、实时性高、可靠性高和容错能力强等特点,本文就以CAN总线作为系统的通信方式。系统由上位机单元和控制节点两部分组成,上位机由PC机和CAN232智能接口卡组成,完成与CAN总线的通信、人机界面设计、电机运行参数的采集和电机运行曲线的绘制等;控制节点的核心采用了美国Silabs公司高性能C8051F040单片机,完成电机驱动、电机转速检测以及CAN总线通信等功能。系统完成了多电机同步控制、上位机和控制节点的通信以及控制节点之间的协调控制。实验表明,本系统能够实现基于CAN总线的无轴传动系统多电机同步运行的协调控制。电机运行状态稳定,控制效果良好,实现了同时界面友好,操作简便,便于对电机实时状态的观察。
王劼斐[7]2008年在《基于现场总线的多单元同步控制及系统集成》文中研究指明随着现代工业的发展,对各种机械性能和产品质量要求的逐渐提高,仅仅只对一台电机的控制在某些场合已经不能满足现代高科技发展的要求,而需要人们去控制多台电机,让其更好的协调运行。在多电机传动被越来越广泛地应用于各种控制领域中的同时,为了提高多电机传动系统的动态和稳态性能,以及满足一些特定系统对于多电机精确同步的要求,多电机同步控制方法的研究也变得越来越重要。一个良好的同步控制方法要兼顾系统的时间和空间两个方面,它的研究成功可以应用到军事、航空以及一般工业技术领域中,为需要统一动作功能的多台电机提供协调控制技术。在本文中,以纺织机械中浆纱机为研究对象,首先对系统中的卷绕过程进行力学分析,得到卷绕张力的数学表达式,从而建立了电机的负载数学模型。同时针对多电机同步控制的精度需要,设计结合了现场总线技术与先进控制算法的多电机同步控制系统方案,在MATLAB上的仿真结果也表明该方案能够在满足精度的情况下让卷绕张力恒定,最后给出算法程序框图以及部分程序。在多单元同步控制中,单元之间实时的数据通信是非常重要的。为了满足这个要求,必须检测每个电机的速度和位置数据。这些都需要大量复杂的数据信号线而传统的通信技术可能因为接线复杂、噪音以及数据线的维护而降低系统的可靠性,增加成本。因此为了解决这些问题,我们采用现场总线技术。本文在对现场总线技术进行简要介绍的基础下,分析了CAN总线技术的基本原理,以及CAN总线的分层结构和帧结构,最后给出系统的总体设计和方案实现,并利用VB编程软件结合周立功公司的总线分析仪开发出了现场总线的上位机监测软件,实现了通过CAN总线对执行机构的远程监控。
王志宏[8]2015年在《一类伺服系统驱动与控制关键技术研究与实现》文中提出未来现代化高技术战争对武器装备提出了更高的要求,承担远程压制任务的多管火箭炮,射程越来越远,精度越来越高,连续发射时惯量和负载力矩变化非常大;承担对空防御的弹炮结合防空武器系统,所抗击的机动目标速度越来越快、机动性越来越强,对防空武器系统的快速反应能力和跟踪精度要求大大提高。作为武器装备重要组成部分的伺服系统向着数字化、网络化和智能化的方向发展,伺服系统的快速性、稳态精度、鲁棒性等决定了整个武器系统的性能,伺服系统的设计和控制面临着新的挑战。为满足新型武器装备研制的需求,本文研究了一类地面发射武器装备伺服系统的若干关键技术,设计并实现了数字化、网络化、一体化电机驱动控制器,基于特征建模的思想和离散滑模控制方法完成了伺服系统建模和控制器设计,通过仿真和实验验证了模型的正确性和控制策略的有效性,本文主要内容如下:针对新型武器装备伺服系统的需求,为解决传统地炮、高炮伺服系统电机驱动器和位置控制器结构分离,标准化和通用性差,维修和保障困难的问题,提出了一种数字化、网络化永磁同步电机驱动与控制一体化伺服系统设计方案,通过现场总线将一体化电机驱动控制器、负载检测模块和上位机相连,构成网络化伺服系统,系统结构进一步简化,提高了系统的可靠性和可维护性。以高性能数字信号处理器和智能功率模块为核心设计了样机,实验结果表明该样机能满足系统的要求,为高性能的控制算法实现创造了良好的条件。针对远程多管火箭炮伺服系统调炮发射时惯量和负载力矩大范围变化的特点,建立了存在惯量大范围变化、结构柔性、摩擦非线性因素的伺服系统数学模型,基于特征建模的思想,对摩擦非线性进行光滑化处理后建立了伺服系统的特征模型,验证了特征模型的有效性。在此基础上,提出了一种基于特征模型的离散滑模自适应控制器设计方法,证明了闭环系统的稳定性,仿真结果表明所提算法能很好地适应伺服系统惯量和负载力矩大范围变化的情况。针对弹炮结合防空武器伺服系统快速高精度跟踪机动目标的需求,建立了伺服系统的数学模型。对齿隙、摩擦非线性进行光滑化处理后建立了伺服系统的特征模型,验证了特征模型的有效性。采用递推最小二乘法在线辨识模型参数,得到系统的离散特征模型。设计了一种离散观测器预测伺服系统下一时刻的跟踪指令信号,证明了离散观测器的收敛性。提出了一种基于特征模型的二阶离散滑模自适应控制器的设计方法,证明了闭环系统的稳定性,仿真结果表明所提算法能满足伺服系统快速跟踪机动目标的要求。在研制的网络化武器伺服系统实验平台上,模拟武器伺服系统中存在的齿隙、摩擦和变负载惯量等因素,进行了多组实验来验证系统设计和位置控制算法的有效性。模拟远程多管火箭炮伺服系统调炮发射时惯量和负载力矩大范围变化的情况,分别进行了不同惯量的位置阶跃响应实验,实验结果表明所设计的基于特征模型的离散滑模自适应控制器能适应二十倍以内的惯量变化,且动态性能和稳态性能变化很小。模拟弹炮结合防空武器伺服系统快速跟踪机动目标的情况,分别进行了不同惯量比的位置阶跃、斜坡和正弦响应实验,实验结果表明所设计的基于特征模型的二阶离散滑模自适应控制器能适应系统惯量和外界扰动力矩的变化,高精度地跟踪变化的目标,比PID控制具有更好的跟踪性能。
姚武军[9]2013年在《多电机同步控制策略研究》文中认为近年来，随着制造业的不断发展，越来越多的机械设备，尤其是大型机械设备需要多台电机共同驱动；而为了提高设备的质量，对多台电机的速度同步性能要求也越来越高。因此，如何改善多电机同步控制系统的性能及提高同步控制精度，具有十分重要的现实意义。然而，当前的多电机同步控制存在两个主要问题：第一，单台电机对给定速度的跟踪误差问题。想要实现多台电机同步运行，单台电机的控制效果要好，这就要求每台电机的控制器应该具有良好的动态响应能力和速度跟踪能力；第二，多台电机之间的速度同步误差问题。多台电机控制结构的好坏以及速度同步误差补偿策略的选择，直接影响系统的稳定和同步精度。本文以3台永磁同步电机速度同步为研究对象，以提高单台电机的速度跟踪性能和减小3台电机之间的速度同步误差为研究目标，提出了一种基于偏差耦合的多电机自抗扰同步控制策略。本文所做的工作主要包括以下几部分：（1）介绍了永磁同步电机的特点和控制策略，以及几种常见的多电机同步控制结构，重点研究了偏差耦合控制结构，并在Matlab/Simulink中搭建了几种多电机同步控制结构的模型进行仿真实验。（2）针对PID控制在非线性、时变、强耦合的多电机同步控制中的不足，设计了永磁同步电机速度环自抗扰控制器，提高了系统的稳态性能和抗干扰能力；针对自抗扰控制器参数难以整定的问题，引入时间尺度概念，推导出永磁同步电机的时间尺度计算公式，并将永磁同步电机的时间尺度和自抗扰控制器的参数整定结合起来，简化了自抗扰控制器的参数整定。（3）针对传统偏差耦合控制结构的不足，设计了一种基于模糊算法的改进型偏差耦合结构。当电机运行状态改变时，采用提出的偏差耦合控制器可以实现多台电机耦合次序的实时调整，并用Matlab进行仿真，结果验证了其在同步控制方面的优越性。（4）针对多电机系统的分布式特点，设计了PROFIBUS DP通信从站，组建了多电机系统PROFIBUS通信网络，并利用WINCC编写了多电机同步控制系统监控界面。
吴丽芳[10]2011年在《制瓶机同步控制系统设计与实现》文中研究说明随着人们物质生活水平的提高，对玻璃瓶罐的需求量越来越大，而我国制瓶机行业普遍存在企业规模小、生产水平低以及产品质量差等状况。为了提高市场竞争力，改进制瓶机生产技术已成了当下刻不容缓的大事。纵观近些年来制瓶机技术的发展动态，行列式制瓶机已成了未来制瓶机技术的发展趋势，其控制系统主要由叁大部分组成：上位机、电子配时系统和同步控制系统。本文主要研究同步控制技术。所谓同步控制，就是使供料机、分料器、拨瓶机、输瓶机等工艺过程，相对于同一基准在运行过程中始终保持固定的相位差。然而，由于制瓶机同步控制系统是一个变采样长周期控制系统，使得现有同步控制普遍存在调节时间长、废品数量多的问题。为此，本文提出了基于卡尔曼滤波的虚拟采样控制思想，并结合分段PID控制，大大缩短了系统调节时间，同时提高了抗干扰能力。本文首先在深入分析行列式制瓶机系统需求的基础上，给出了行列式制瓶机控制系统总体方案；其次对基于卡尔曼滤波的虚拟采样同步控制算法进行了深入分析和研究；然后设计了以PIC单片机为核心的同步控制系统硬件电路；最后根据前后台的程序设计思想，结合本文提出的同步控制算法，完成了同步控制系统的软件设计，并进行了系统调试及结果分析。通过实践表明，本文所设计的同步控制系统获得了满意的控制效果，提高了系统的快速性和稳定性，大大减少了废品数量。
参考文献：
[1]. 基于CAN总线伺服系统的多电机同步控制算法的研究[D]. 李静岚. 中国科学院研究生院（电工研究所）. 2003
[2]. 基于CAN总线的雷达伺服协调控制研究[D]. 张伟. 电子科技大学. 2011
[3]. 基于CAN总线的多电机同步控制系统研究[D]. 崔玲玲. 青岛大学. 2007
[4]. 大口径望远镜伺服控制系统研究[D]. 钱俊璋. 中国科学院光电技术研究所. 2017
[5]. 基于CAN总线的嵌入式多轴数控磨的开发与研究[D]. 卢光宝. 中南大学. 2008
[6]. 基于CAN总线的无轴传动控制系统[D]. 石元元. 西安科技大学. 2010
[7]. 基于现场总线的多单元同步控制及系统集成[D]. 王劼斐. 东华大学. 2008
[8]. 一类伺服系统驱动与控制关键技术研究与实现[D]. 王志宏. 南京理工大学. 2015
[9]. 多电机同步控制策略研究[D]. 姚武军. 湘潭大学. 2013
[10]. 制瓶机同步控制系统设计与实现[D]. 吴丽芳. 南京航空航天大学. 2011
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