谢万德[1]2002年在《基于DSP的多轴运动控制器的研究》文中认为传统的数控系统体系结构是一种封闭式的结构，这种结构既不能适应制造业市场的变化与竞争，也不能满足现代制造业向信息化和敏捷制造模式发展的需要。因此，数控系统体系结构走向开放化已成为必然趋势。运动控制器是数控系统中极为重要的组成部分，开放式数控系统将导致新一代运动控制器的出现。本文在开放式数控系统的基础上，主要对运动控制器进行了研究，并针对基于DSP的步进电机运动控制器进行了设计。 第一章绪论，对数控系统的发展、现状及开放式数控系统体系结构进行分析，并讨论运动控制器在数控系统中的地位及运动控制器的研究现状。 第二章对运动控制器的原理和结构做了分析。研讨了步进电机运动控制器和伺服电机运动控制器的原理及其控制系统的构成，并分析了数控机床的伺服控制系统。 第叁章分析了运动控制器的关键技术，着重分析了总线技术、微电子技术和控制理论与伺服控制算法及其在运动控制器中的应用。 第四章集中对DSP的结构特点及DSP在运动控制中的运用进行了研讨，分析了DSP作为运动控制器核心处理器的必要性和优越性。 第五章结合计算机数控雕刻机的研制，针对基于DSP的叁轴步进电机运动控制器进行了设计，并详细讨论了其实现方法。 第六章对计算机数控雕刻机系统进行了分析，着重介绍了基于DSP的运动控制器在数控雕刻机中的应用，并进行了运动控制程序的实现。 最后，作者对本文的研究内容进行了总结，并对运动控制器的发展作了展望。
王永华[2]2007年在《光刻机隔振试验平台运动控制系统设计与研究》文中研究说明超精密运动平台是步进扫描式光刻机的核心部件之一。生产上对半导体光刻设备高质量和高效率的不断追求，迫使其运动平台朝着高速、高加速度进一步发展。因此，如何减小甚至消除高速、高加速运动对整个光刻设备的振动冲击，保证半导体器件的光刻质量，就成为半导体光刻设备研制过程中一个亟待解决的问题。本文研究的内容源自于国家自然科学基金项目：“精密机械减振隔振术”。论文的主要目标是设计出能模拟光刻机动力学特征和运动特征的隔振试验平台，为后续的隔振、减振研究提供实体模型和硬件基础。而论文的主要内容则是设计试验平台的运动控制系统，使其按照原型光刻机的运动特性来运动。论文首先在分析步进式扫描光刻机工作机理的基础上，设计了试验平台的整体构架。同时，根据其关键部件的运动特征及具体的控制要求，确立了试验平台运动控制系统的整体设计方案：采用PC机与多轴运动控制器(卡)构成的主从式控制结构。并以该方案为依据，针对控制系统的应用要求对系统中的关键部件进行技术参数的计算和选型。然后，论文阐述了PID控制和复合控制的基本原理及PID控制器和前馈控制器的设计方法，并采用单纯形法对速度环、位置环的控制器进行寻优。为了从理论上验证整个控制方案及控制算法的可行性，论文对整个控制系统进行了数学建模和SIMULINK仿真。通过仿真，不仅预测了实际系统的控制性能，还体现了前馈控制对提高系统跟踪性能的重要作用。仿真表明，只要控制器参数选取得当，运动控制系统能满足预定的控制目标。此外，论文对所购硬件模块的安装和调试中的关键环节进行了探索和说明，通过对一系列参数的设置和调整，使控制系统的系能最终达到最佳。最后，论文进行了系统相关控制指标(如定位精度)的检测实验；并通过在线对比实验，证实了理论上实现同步控制的最优方法。实验结果表明，论文所设计的运动控制系统达到了预定的控制性能指标，并且能通过简单编程使其模拟光刻机的运动特征，为下一步进行隔振和减振研究提供了可靠的硬件平台。
顾俊强[3]2008年在《Quad QSP-2型贴片机运动控制系统的改造设计与实现》文中研究表明SMT贴片机是电子制造业常用装备,贴片机的核心技术是计算机控制技术,运动控制系统是计算机控制系统中的一个主要部分。由于多种原因,国内贴片机研发及生产几乎是空白,贴片机全靠进口。国外公司通过核心技术和生产装备的垄断,赚取了高额的利润。本文通过对Quad QSP-2型贴片机的深入了解,在详细分析贴片机运动控制系统控制原理与系统组成的基础上,本着因地制宜、多快好省的原则,确定了控制系统研制的自主研发方案。方案要点:(1)利用Quad QSP-2型贴片机的机械结构平台。(2)更换原贴片机落后的控制系统硬件。(3)在新的控制系统硬件基础上自主开发贴片机运动控制系统的底层驱动程序。具体工作:1、设计实现了贴片机运动控制硬件系统,包括驱动、控制、定位与保护这四大部分。2、通过实验确定了贴片机主轴伺服电机工作参数,设计了X/Y轴驱动电路以及Z轴伺服驱动器。3、开发了工控机与运动控制器的主从控制系统,实现了叁轴的运动控制功能。4、采用开放式光栅尺作为位置检测装置实现了贴片机的全闭环定位功能。5、开发了贴片机运动控制系统的底层驱动程序,实现了贴片头在闭环模式下的叁轴运动功能。6、设计了带有速度前馈和加速度前馈的数字PID控制器,通过实验数据的采集、分析和研究,验证了此贴片机叁轴运动控制系统能达到较高的运动精度和速度要求。本文比较详细地纪录了方案的实施过程,讨论了方案实施过程中所遇到的困难、问题和解决的方法,总结了在本次科研实践中成功与失败经验教训,为下一步的研发工作奠定了基础。
刘杰[4]2016年在《基于Android的远程四轴运动控制系统研发》文中进行了进一步梳理在传统工业中,控制系统大都以工业PC机为操作平台,通过RS-485或PCI总线实现系统通信,存在前期布线复杂、后期维护困难、通信距离有限以及不便于移动控制等缺点。近年来,电子技术与设备、智能移动终端以及各种无线网络通信技术的迅猛发展,带动了工业自动化与智能化的发展与推进。Androi d智能操作系统自2007年首次发布以来,由于其良好的用户体验、多样的控制功能、优越的性能表现以及较低的成本,已占据智能操作系统的市场主导地位。鉴于以上分析,结合多工位工件自动装配系统,本文对基于Android的远程四轴运动控制系统相关技术进行了分析与研究,设计并实现了一种基于Android智能操作系统的四轴运动平台远程控制原型系统。通过对系统整体结构与功能需求的分析,主要完成了系统硬件的设计与搭建,以及系统软件的开发与实现。基于四轴运动平台的叁维模型,加工并搭建出实验样机。以自上而下的设计原则,将控制系统硬件主体的搭建分为叁部分：Android智能移动控制终端模块、中央控制器模块和电动机运动控制模块。其中,中央控制器包括单片机系统和串口WIFI通信模组；电动机运动控制模块包括步进电机、步进电机驱动器和驱动电源模块。分别对各个功能模块进行硬件的设计与选型,完成了整个控制系统中硬件平台的搭建以及电路的设计,为后期软件系统的功能实现提供有利保障。控制系统中,软件系统的设计开发与实现是整个系统中最关键的部分。本文中,系统软件的设计与开发工作主要包括：(1)Android智能手机的APP在Android Studio集成开发环境下开发。按照模块化设计思路,使用Android系统中不同的布局、组件以及控件,分别完成了首页欢迎界面、用户注册登录、系统主界面、系统参数配置、系统控制模块以及系统其它信息等模块的功能以及UI的设计与实现。(2)针对系统操作过程中涉及到的数据处理以及存取,完成了Android系统SQLite数据库的设计与开发。同时,采用Handler、Message和AsyncTask两种通信机制,实现了Android APP中本地线程之间的通信。(3)系统采用成熟的C/S (Client/Server)架构,Android智能手机作为移动客户端,通过WIFI无线网络与服务器端即中央控制器建立远程连接,基于TCP/IP协议的Socket通信机制,实现了系统通信以及数据信息的传输与交互,同时详细设计了系统控制过程中的通信协议。(4)在中央控制器主控制程序的设计开发中,实现了单片机的初始化配置,串口通信以及步进电机启停、加减速和换向的运动控制。同时,在步进电机控制过程中,提出“基脉冲控制法”,实现了一个定时器对四个步进电机的运动控制。完成系统软硬件的设计与开发后,将APK文件安装到Android智能手机上,实现了基于Android的远程四轴运动控制原型系统,系统界面友好、操作灵活,且稳定可靠。
田建平[5]2016年在《多自由度刀具测量平台运动控制技术研究》文中提出运动控制技术是刀具测量系统中的关键技术,它直接决定了刀具测量仪运动的平稳性和刀具参数测量的精度。本文针对Z轴的转动和移动以及X轴的转动控制设计了叁自由度嵌入式运动控制系统,主要完成以下几个方面的研究：首先,以“PC+运动控制器+步进电机”组成嵌入式运动控制系统,经过对Z轴转动和移动和X轴转动方案的分析,确定选用型号为STM32F103RC的ARM微处理器为运动控制系统的主控芯片。其次,完成运动控制器的功能分析,并搭建运动控制系统的硬件平台,同时扩展存储模块和手轮脉冲发生器作为示教功能的外接设备。然后,在单轴运动控制策略中,完成对速度控制策略和位置控制策略的研究以及对T型曲线算法和S型曲线算法的分析论证。在多轴协同运动控制策略中,完成运动轨迹规划、控制算法分析以及各运动电机的实时驱动等功能。最后,完成对运动控制系统平台人机交互界面的设计与实现,具有如下功能：(1)PC机与运动控制器的通讯；(2)示教功能；(3)显示与自动保存功能；(4)手动与自动控制功能等。实验测试结果满足运动控制系统功能的要求。
王弼陡[6]2010年在《全自动化学发光免疫分析仪测控系统的研究》文中提出化学发光免疫分析仪是临床免疫学检验中不可缺少的检测设备。本文根据异鲁米诺为生物标记的配套试剂实验要求,以提高仪器平台速度和检测精度为目的,围绕全自动化学发光免疫分析仪测控系统原理和技术的实现进行了理论与实验研究。本文根据取样针的运动轨迹特点,采用粗精结合的两级插补方法来提高的定位精度;根据取样系统的工作过程和性能指标要求,取样平台单轴控制系统速度内环采用经典控制器,位置外闭环采用模糊控制算法,并引入前馈控制,构成前馈控制和反馈控制相结合的复合控制系统;为减少系统的轮廓误差,设计了交叉耦合控制器,向双轴提供附加补偿控制。微弱荧光信号的检测是化学发光荧光免疫检测的核心部分,本文提出一种提高光子计数精度的非线性补偿方法,以减少堵塞漏计造成的计数误差;设计一种微弱荧光的传输光路,以减少荧光信号传输过程中的损失。在理论研究的基础上,进行了全自动化学发光免疫测控系统中主要技术环节的实验研究,实验结果表明本文所研究的测控系统定位精度高、响应速度快,微弱荧光信号的检测精度高。课题的研究工作得到了吉林省科技发展计划重点项目(名称:全自动化学发光免疫分析仪的研制,编号:20096011)的资助,并已实现产业化。
张玉洁[7]2013年在《基于DSP的步进电机运动控制卡设计与实现》文中认为工业控制在机电一体化，电力电子方面有十分重要的作用。目前，在多轴数控机床，焊接机器人、以及复杂大规模装备、生产线上面都需要运用到多轴控制卡。在这些复杂的运动系统中，多轴控制卡需要完成电机的PID整定，控制不同种类的电机正常的停转，拥有良好的扩展接口，来满足不同工况需求。多轴控制卡提供可编程的界面，可以让客户实现不同的动作流程。本文提出一种控制步进电机的多轴控制卡，从以下叁个方面介绍这种基于DSP的步进电机多轴控制卡。概括了运动控制卡系统的整体组成结构，运动控制卡分为电机控制模块，PC模块，通讯模块，微处理模块，存储模块。阐述了步进电机的原理，并在针对多个步进电机同时运行的控制方法方面，对其可行性进行探讨。步进电机加速曲线实现方面，本文从程序计数和脉冲计数这两个方面进行了探讨。面对复杂工况，步进电机在启停过程中需要有良好的加减速曲线特征。面对复杂曲面、曲线以及复杂轨迹时，步进电机需要良好的轨迹算法。本文研究了电机的梯形加速曲线算法，电机的七段S型加速曲线算法，实现电机空间轨迹的圆弧插补、以及空间叁次Bezier曲线插补。在硬件方面实现这种基于TMS320F2812的控制卡。首先介绍了TMS320F2812的软件、硬件资源，然后总体探讨控制方案，以及整体的硬件抗干扰设计。之后分别讨论了电源模块设计、电压转换模块设计、控制卡JTAG模块的设计、以及硬件实现模拟量的输入输出，串口、CAN的通信模块设计等。分析实现空间叁次Bezier曲线插补的案例。
刘剑文[8]2010年在《基于FPGA的四轴运动控制器研究》文中认为运动控制技术是一门综合性、多学科交叉的技术,是推动新的产业革命的关键技术。在现代工业自动化技术中,运动控制技术有着最广泛的用途,并承担着最复杂的任务。随着运动控制产品的市场需求不断增长,运动控制技术得到极速发展,产品种类和应用范围也在不断扩大。近年来电子信息等高科技技术的发展,为运动控制提供了更大的发展空间和更广阔的市场。本文首先从课题背景出发,研究了数控系统和运动控制器的发展现状,分析了当前运动控制的关键技术以及发展趋势,通过对运动控制技术的深入研究并结合实际系统的需求和性能指标要求,提出了以FPGA为核心处理器的运动控制系统,设计一款功能较强、柔性的四轴运动控制器,完成了系统硬件电路设计、硬件模块实现和调试等。本课题的主要研究内容有以下几个方面:1、根据运动控制器的功能需求和性能指标,提出并设计合理的硬件结构体系,采用MCU+FPGA的总体设计方案并给出了FPGA运动控制芯片内部的详细设计。FPGA作为主处理器,集成了运动控制器的主要算法,包括插补算法,加减速算法以及电机时序控制算法等,上位机选MCU作为从处理器,主要做一些任务调度以及状态监控等功能。2、本文整个系统主要从两个方面来设计,一是核心处理器FPGA运动控制芯片的设计,另一个是以该运动控制芯片核心的最小系统的设计和上位机的接口设计。经过分析最终确定FPGA芯片选用ALTERA公司的EP1C6Q24OC8N芯片,上位机的USB接口芯片为Cypress公司的CY7C68013-128AXC。3、分析了当前运动控制器常用的插补算法和加减速控制算法,并简要的阐述了它们的原理,然后比较其优缺点和适用范围,最后选用DDA数字积分法来实现主要的插补算法,用VHDL硬件描述语言来设计实现梯形和指数曲线加减速算法。在分析指数曲线加减速的缺点后,提出了减速段采用逆指数减速的方法,并进行了设计与实现。4、对FPGA内部的其他功能模块的工作原理进行了详细的阐述,并对各功能模块的内部逻辑结构进行了详细的设计,这些功能模块包括位置管理模块、中断管理模块,编码器模块以及电机时序控制模块以及接口模块等。在QuartusⅡ平台上用VHDL语言对上述模块进行了详细的设计与仿真。
朱佳娜[9]2004年在《步进电机多轴运动控制系统的研究》文中研究说明电机及其控制在国民经济中起着重要的作用。随着现代科学技术的进步，特别是电力电子技术，微机应用和自动控制理论的进展，电机在其实际应用中已由过去简单的起停控制，提供动力为目的应用上升到对其速度、位移和转矩等进行精确控制阶段，使被驱动的机械运动符合预想的要求。特别是在工业自动化，办公室自动化和家庭住宅自动化方面使用的大量控制电机，几乎都采用电力电子器件进行控制。在这种情况下，原先的“电机控制”，“电气传动”已发展到“运动控制”新阶段。 本文在分析了国内外多种类型的运动控制器的基础上，设计并制作了一种以Intel89C52为核心器件的步进电机多轴运动控制系统。提出了一种主从式控制模式，即用基于windows操作系统的台式机作为上位机，完成数据存储和复杂计算，用单片机最小系统实现多轴联动的实时控制。论文以球面孔系坐标非接触测量系统作为该运动控制器的应用实例，着重分析了步进电机单片机控制系统的软硬件设计原理和方法；实现了上位计算机与单片机的正确通讯；用VC++语言编制了可以实现图像采集、控制步进电机转动方向、角度等功能的可视化界面；并在论文最后通过误差分析给出了用“基于PC机的多轴步进电机运动控制卡实现转位系统精确控制”的改进方案，同时提出了一种新的步进电机的高速控制算法。 该运动控制器可以实现3轴单独运动或联动控制，有位置和速度两种控制方式，用户通过编程实现自动加减速控制。该控制器除了具有步进控制功能以外，还具有限位、复位，对多路意外故障信号的中断处理等功能。 该控制系统在设计方面具有如下特点：1.采用内部时钟方式产生步进电机的驱动脉冲，而没有采用高速脉冲发生器等外部方式，用软件来实现，从而降低硬件成本。 2‘硬件设计方面，首先进行了硬件的总体方案设计，尽可能地选择了标准化、模块化的电路，从而提高了设计的成功率和结构的灵活性，避免出现大返工。 3.尽可能选用了功能强、集成度高、通用性好、市场货源充足的电路或芯片。 4.尽量简化了硬件设计，软件能实现的功能尽可能由软件来完成。 球面孔系坐标测量系统已完成制作。通过实际调试验证了运动控制器硬件和软件设计的正确性。该控制器可广泛应用于各类需要精确定位的低成本的机电一体化设备中。 关键词:运动控制、步进电机、单片机、控制算法。
朱磊[10]2012年在《陶瓷保护器热疲劳试验台系统的研制》文中认为本课题是受某军工单位的委托，对其生产使用的一种陶瓷保护器进行热疲劳试验。在新能源亟需的今天，太阳能发电设备的研究备受关注。本课题研究的对象是需要在太阳能发电设备中承受太阳光的陶瓷高温材料，为了防止陶瓷保护器在工作过程中产生疲劳破坏，进而提高整个太阳能发电设备的寿命，研制了陶瓷保护器耐热疲劳试验台。在分析了陶瓷保护器耐热疲劳试验台的功能要求、可靠性要求和经济性要求的基础上，进行了产品规划，经过认真的方案论证，择优设计。机械装置主要由水平运送部分和垂直升降部分组成，这两个部分都采用带传动作为减速装置，滚珠丝杆带动直线导轨的传动方式。在升降装置中设计了两级推板结构和导向装置，经计算校核，该套装置工作平稳、可靠性高。根据系统对控制的要求，设计了系统电气硬件系统。运动控制部分采用运动控制卡加步进电机的控制方案；温度采集部分采用热电偶加数据输入模块的控制方案；风速控制部分采用轴流鼓风机加变频器控制的方案，并对各个控制部分进行了选型设计。在分析了试验台软件功能需求的基础上，给出了系统工作流程图。对系统的各个控制部分进行详细的子程序设计，并统筹设计出了功能完整的程序。其中电机控制部分详细的设计了原点回复动作、启动和停止的速度曲线和两轴联动运动插补。温度采集部分利用串行通信控件编写采集程序，建立ADO数据库对数据进行存储。先对各个子程序调试了，再对所有程序进行总体调试，系统的运动精度高、时间短，采集的温度数据准确，自动化程度高，达到了设计的目标。最后我们利用设计出的试验台系统对陶瓷保护器进行了热疲劳试验。每种配方的陶瓷保护器分成叁组试验，分别得到了每次试验陶瓷保护器内壁升温和降温过程中的温度数据，绘制了温度曲线，通过分析得到了陶瓷升温和降温极限速率。对比了叁组试验试验陶瓷保护器出现裂纹的循环次数，得出随风速提高，其热疲劳性下降；并分析裂纹出现的位置和发展趋势，对其配方和制作工艺的改进提供了依据。
参考文献：
[1]. 基于DSP的多轴运动控制器的研究[D]. 谢万德. 浙江大学. 2002
[2]. 光刻机隔振试验平台运动控制系统设计与研究[D]. 王永华. 中南大学. 2007
[3]. Quad QSP-2型贴片机运动控制系统的改造设计与实现[D]. 顾俊强. 苏州大学. 2008
[4]. 基于Android的远程四轴运动控制系统研发[D]. 刘杰. 陕西科技大学. 2016
[5]. 多自由度刀具测量平台运动控制技术研究[D]. 田建平. 西安工业大学. 2016
[6]. 全自动化学发光免疫分析仪测控系统的研究[D]. 王弼陡. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2010
[7]. 基于DSP的步进电机运动控制卡设计与实现[D]. 张玉洁. 华中科技大学. 2013
[8]. 基于FPGA的四轴运动控制器研究[D]. 刘剑文. 杭州电子科技大学. 2010
[9]. 步进电机多轴运动控制系统的研究[D]. 朱佳娜. 四川大学. 2004
[10]. 陶瓷保护器热疲劳试验台系统的研制[D]. 朱磊. 陕西科技大学. 2012
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