本文關鍵詞：兩相混合式步進電機高性能伺服控制研究

  更多相關文章： 兩相混合式步進電機 高性能伺服 位置控制 滑�？刂� 魯棒無源性控制

【摘要】：步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為相應角位移或線位移的機電元件,具有控制簡單、工作可靠、定位精度高、無累積誤差等優(yōu)點。兩相混合式步進電機作為目前步進電機的主流,在數(shù)控機床、機器人、航空航天等伺服控制領域在有著廣泛而重要的應用。隨著工業(yè)應用的不斷深入和相關技術的飛速發(fā)展,人們對混合式步進電機伺服控制系統(tǒng)的動穩(wěn)態(tài)特性、魯棒性等提出了更高的性能要求,傳統(tǒng)的開環(huán)控制因其響應慢、易失步、存在共振區(qū)等缺點已經(jīng)不再適用,這使得研究混合式步進電機的閉環(huán)控制勢在必行。兩相混合式步進電機高性能伺服控制研究旨在尋求某種位置閉環(huán)控制策略,不僅在控制效果上優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制,而且在算法實現(xiàn)上又簡單可行,從而有利于拓寬該類電機的應用范圍,適應現(xiàn)代工業(yè)化發(fā)展的需求,因此具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。本文首先對兩相混合式步進電機的結(jié)構(gòu)和運行原理進行了介紹和分析,并在簡化的磁網(wǎng)絡模型基礎上詳細推導了其在兩個常用坐標系下的數(shù)學模型,進而實現(xiàn)兩相混合式步進電機的矢量控制。然后以數(shù)學模型為依據(jù),將滑�？刂茟糜趦上嗷旌鲜讲竭M電機中長行程的位置控制中,提出改進的分段變指數(shù)趨近律并設計了滑模位置控制器,針對實際運行時負載轉(zhuǎn)矩擾動未知的問題,構(gòu)建了改進的降階負載轉(zhuǎn)矩觀測器。同時,將無源性控制應用于其小角度的位置控制中,針對非線性摩擦力擾動的問題,結(jié)合魯棒控制技術,設計了在哈密頓模型下的基于狀態(tài)誤差模型的魯棒無源性位置控制器。最后,在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建了兩相混合式步進電機伺服控制系統(tǒng)模型,并在相同條件下與傳統(tǒng)PID控制進行了仿真對比,結(jié)果顯示,本文所設計的位置控制算法在動穩(wěn)態(tài)特性、魯棒性等方面性能更為優(yōu)異。此外,為了說明算法的實用性,以ARM微處理器為核心,設計了兩相混合式步進電機伺服控制系統(tǒng)的硬件和軟件,完成了相應的實驗調(diào)試,實驗結(jié)果進一步驗證了文中提出的控制策略在實現(xiàn)兩相混合式步進電機高性能伺服控制中的有效性和優(yōu)越性。
【關鍵詞】：兩相混合式步進電機 高性能伺服 位置控制 滑�？刂� 魯棒無源性控制
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM383.6;TM921.541
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 步進電機概述11-13
• 1.1.1 步進電機的發(fā)展11-12
• 1.1.2 步進電機的分類12-13
• 1.1.3 步進電機的特點13
• 1.2 步進電機伺服控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 步進電機驅(qū)動技術的發(fā)展和研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 步進電機控制策略的發(fā)展和研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本論文研究的意義和主要內(nèi)容17-20
• 1.3.1 研究背景及意義17-18
• 1.3.2 本文主要研究內(nèi)容18-20
• 第二章 兩相混合式步進電機的數(shù)學模型及其矢量控制20-33
• 2.1 兩相混合式步進電機的結(jié)構(gòu)和基本運行原理20-23
• 2.1.1 兩相混合式步進電機的結(jié)構(gòu)20-21
• 2.1.2 兩相混合式步進電機的基本運行原理21-23
• 2.2 兩相混合式步進電機的數(shù)學模型23-29
• 2.2.1 兩相混合式步進電機的磁網(wǎng)絡模型23-26
• 2.2.2 兩相靜止坐標系下的兩相混合式步進電機數(shù)學模型26-28
• 2.2.3 dq旋轉(zhuǎn)坐標系下的兩相混合式步進電機數(shù)學模型28-29
• 2.3 兩相混合式步進電機的矢量控制29-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第三章 基于負載觀測器的兩相混合式步進電機滑模位置控制33-47
• 3.1 滑�？刂频幕纠碚�33-38
• 3.1.1 滑�？刂频臄�(shù)學描述33
• 3.1.2 滑�？刂频幕咎匦�33-34
• 3.1.3 滑模控制器的基本設計方法34-36
• 3.1.4 滑�？刂频娜舾蓡栴}36-38
• 3.2 兩相混合式步進電機滑模位置控制器的設計38-41
• 3.2.1 滑模面的選擇38-39
• 3.2.2 趨近律的改進39-41
• 3.2.3 穩(wěn)定性分析41
• 3.3 負載轉(zhuǎn)矩降階觀測器的構(gòu)建41-46
• 3.3.1 全階負載轉(zhuǎn)矩觀測器的設計42-44
• 3.3.2 降階負載轉(zhuǎn)矩觀測器的改進44-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第四章 基于魯棒無源性的兩相混合式步進電機小角度位置控制47-54
• 4.1 無源性控制的基本理論47-51
• 4.1.1 耗散性與無源性47-48
• 4.1.2 無源系統(tǒng)的穩(wěn)定性48-49
• 4.1.3 端口受控耗散哈密頓系統(tǒng)49
• 4.1.4 基于狀態(tài)誤差模型的無源性控制器設計49-51
• 4.2 Stribeck摩擦模型51
• 4.3 基于魯棒無源性的步進電機小角度位置控制51-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第五章 兩相混合式步進電機伺服控制系統(tǒng)的硬件及軟件實現(xiàn)54-64
• 5.1 兩相混合式步進電機伺服控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)54-59
• 5.1.1 ARM微處理器的選型54-55
• 5.1.2 電源模塊55-56
• 5.1.3 主電路及功率驅(qū)動模塊56
• 5.1.4 反饋模塊56-58
• 5.1.5 接口模塊及其他輔助電路58-59
• 5.2 兩相混合式步進電機伺服控制系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)59-62
• 5.2.1 系統(tǒng)主程序59-60
• 5.2.2 中斷子程序60-62
• 5.3 系統(tǒng)控制平臺62-63
• 5.4 本章小結(jié)63-64
• 第六章 仿真及實驗結(jié)果與分析64-75
• 6.1 兩相混合式步進電機滑模位置控制仿真及實驗64-70
• 6.1.1 仿真模型的搭建64-66
• 6.1.2 仿真結(jié)果及分析66-69
• 6.1.3 實驗結(jié)果及分析69-70
• 6.2 兩相混合式步進電機魯棒無源性位置控制仿真及實驗70-74
• 6.2.1 仿真模型的搭建70-71
• 6.2.2 仿真結(jié)果及分析71-73
• 6.2.3 實驗結(jié)果及分析73-74
• 6.3 本章小結(jié)74-75
• 總結(jié)與展望75-77
• 參考文獻77-82
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果82-83
• 致謝83-84
• Ⅳ-2答辯委員會對論文的評定意見84

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王偉,薛峰,劉q;混合式步進電機的計算機并口控制[J];機床與液壓;2005年09期

2 范承志;孫云鵬;程士俊;;混合式步進電機的試制與特性分析[J];微電機;1986年03期

3 汪培德;;新結(jié)構(gòu)的混合式步進電機[J];微特電機;1986年03期

4 鄭曉冬;鄒鯤;孫以澤;;兩相混合式步進電機的響應及轉(zhuǎn)速波動[J];東華大學學報(自然科學版);2009年04期

5 董超奎;羅潤娟;李省閣;;混合式步進電機繞組接法與驅(qū)動方式分析[J];微電機;2012年06期

6 廖曉文;陳政石;田志波;;兩相混合式步進電機的模糊PI控制器設計[J];廣東石油化工學院學報;2013年01期

7 趙劍;;混合式步進電機的模糊數(shù)字控制系統(tǒng)研究[J];數(shù)字技術與應用;2013年02期

8 王悅;余世明;;三相混合式步進電機的模糊PI控制方法研究[J];工業(yè)控制計算機;2013年06期

9 季海濤;尹建豐;包海泉;萬麗麗;施愛博;;三相混合式步進電機驅(qū)動器的設計[J];電子世界;2013年13期

10 呂建平;孔亮;曹發(fā)海;;二相混合式步進電機的高性能驅(qū)動器研究[J];單片機與嵌入式系統(tǒng)應用;2013年09期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 季憲平;;三相混合式步進電機及驅(qū)動控制器的研究[A];陜西省機械工程學會九屆二次理事擴大會議論文集[C];2010年

2 季憲平;;三相混合式步進電機及驅(qū)動控制器的研究[A];陜西第二屆數(shù)控機床及自動化技術專家論壇論文集[C];2011年

3 徐文強;閆劍虹;;二相混合式步進電機控制系統(tǒng)反饋方式分析[A];'2010系統(tǒng)仿真技術及其應用學術會議論文集[C];2010年

4 鄭泰勝;柳向陽;童懷;;步進驅(qū)動系統(tǒng)仿真模型[A];'99系統(tǒng)仿真技術及其應用學術交流會論文集[C];1999年

5 尤波;王鵬飛;;基于L297/298芯片的混合式步進電機驅(qū)動器的研制[A];2002年黑龍江省機械工程學會年會論文集[C];2002年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄒乾;兩相混合式步進電機的模糊PI控制方法研究[D];浙江大學;2010年

2 董雷;兩相混合式步進電機高性能伺服控制研究[D];華南理工大學;2016年

3 鄭虎子;單片機控制混合式步進電機驅(qū)動電源的研究及設計[D];華中科技大學;2007年

4 馬祥;三相混合式步進電機伺服控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D];重慶大學;2008年

5 胡靜;三相混合式步進電機恒頻斬波恒總流驅(qū)動的動態(tài)仿真研究[D];武漢理工大學;2010年

6 吳國鋮;多細分混合式步進電機驅(qū)動器的研究與設計[D];桂林電子科技大學;2010年

7 蔡楊;混合式步進電機在角位移測量中的應用研究[D];浙江工業(yè)大學;2004年

8 張輝;三相混合式步進電機的驅(qū)動器設計[D];上海交通大學;2008年

9 王海偉;改善混合式步進電機運行性能的功角控制策略研究[D];浙江大學;2012年

10 何沖;兩相混合式步進電機控制系統(tǒng)研究[D];太原理工大學;2012年

，

本文編號：616128