【摘要】：隨著現(xiàn)代工業(yè)和商業(yè)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展,“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”等概念被相繼提出,未來工業(yè)將向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的趨勢發(fā)展,這也是中國制造轉(zhuǎn)型升級的方向。因而,在很多的生產(chǎn)加工領(lǐng)域,多軸智能裝備體將成為一種趨勢,多軸運動控制的應(yīng)用將會更加廣泛。目前研究較為成熟的協(xié)同控制策略主要有非耦合協(xié)同控制和耦合協(xié)同控制,然而在提高協(xié)同精度方面都還有很大的潛力空間。本學(xué)位論文以四軸運動控制系統(tǒng)仿真平臺和實驗平臺為研究背景和研究對象,建立多伺服電機(jī)運動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,從動力學(xué)和控制算法層面分別分析影響多電機(jī)系統(tǒng)協(xié)同誤差的因素,著重解決如下三個問題:1.設(shè)計多電機(jī)系統(tǒng)的單軸控制器;2.設(shè)計多電機(jī)系統(tǒng)的協(xié)同控制器;3.設(shè)計基于電子凸輪的多軸位置跟蹤協(xié)同。本文主要的研究工作和創(chuàng)新型成果如下:一、針對多伺服電機(jī)協(xié)同控制的關(guān)鍵技術(shù)之一:單軸跟蹤響應(yīng),提出了一種基于人群搜索算法的SOA-PID控制器的控制策略。該策略基于搜索和進(jìn)化思想的群體智能算法,融合PID控制,針對PID控制器對擾動、魯棒性不強(qiáng)以及參數(shù)優(yōu)化對初始點選取依賴性強(qiáng)等問題,設(shè)計了SOA-PID控制器,提高PID參數(shù)的優(yōu)化效果和優(yōu)化速率,進(jìn)而提高單軸的跟蹤精度和響應(yīng)能力,最終達(dá)到提高系統(tǒng)魯棒性的目的。利用matlab/simulink實驗平臺,建立四軸協(xié)同控制系統(tǒng)仿真模型,選擇常規(guī)協(xié)同控制器結(jié)構(gòu)模型,對該算法進(jìn)行了仿真分析,得到了優(yōu)化結(jié)果。同樣地,在pid控制的基礎(chǔ)上,為驗證人群搜索算法的效用,利用另一種智能算法——遺傳算法對pid的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,得到了另一種優(yōu)化結(jié)果。將兩者的仿真結(jié)果進(jìn)行對比,可以看出人群搜索算法具有收斂速度快、精度高、誤差小的優(yōu)點,驗證了人群搜索算法的有效性。同時,也為后續(xù)多軸協(xié)同控制器的研究打下良好的基礎(chǔ)。二、在前章實現(xiàn)單軸快速跟蹤響應(yīng)的基礎(chǔ)上,研究了多伺服電機(jī)協(xié)同控制另一關(guān)鍵技術(shù):協(xié)同控制器,提出了基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同控制器的控制策略。針對多軸協(xié)同控制中常規(guī)協(xié)同控制器難以滿足快速消除協(xié)同誤差的問題,提出了一種基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的速度補(bǔ)償器,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對任意復(fù)雜函數(shù)的逼近能力和計算能力以及小波變換可以自適應(yīng)地調(diào)整小波基的形狀實現(xiàn)小波變換的優(yōu)點,使得整個算法學(xué)習(xí)能力更強(qiáng),收斂速度更快,結(jié)合在線訓(xùn)練算法,實現(xiàn)協(xié)同誤差的預(yù)測和補(bǔ)償,最終達(dá)到快速消除協(xié)同誤差的目的。接著,在matlab/simulink實驗平臺上,搭建四軸協(xié)同控制系統(tǒng)仿真模型,結(jié)合本章設(shè)計的速度補(bǔ)償器進(jìn)行仿真分析,得到在不同擾動下的分析結(jié)果。最后,在相同仿真條件下,將所得結(jié)果與常規(guī)協(xié)同控制器的仿真結(jié)果進(jìn)行對比,對比結(jié)果表明基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多伺服電機(jī)協(xié)同控制結(jié)構(gòu)具有更高的協(xié)同精度,速度波動小,調(diào)節(jié)時間短,收斂速度快,驗證了所設(shè)計的速度補(bǔ)償器的有效性。三、針對多伺服電機(jī)協(xié)同控制的位置跟蹤問題,設(shè)計了基于電子凸輪技術(shù)的協(xié)同控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)由BECKHOFF嵌入式PC、永磁同步伺服電機(jī)、滾珠絲杠直線平臺等組成。針對四軸實驗平臺,為了滿足高頻度啟停和高精度定位雙約束高響應(yīng)控制的控制要求,利用高速凸輪的通用簡諧梯形組合曲線,選擇無恒定加速段的無停留修正梯形加速度運動規(guī)律作為伺服電機(jī)的加速策略,合理設(shè)計電子凸輪曲線,通過絲杠平臺運動時速度、加速度和躍度的均勻連續(xù)變化來消除剛性沖擊并減小柔性沖擊,達(dá)到提高跟蹤精度的目的。在四軸實驗平臺上完成實驗分析,通過TWINCAT下的Scope View軟件,采集實時數(shù)據(jù),完成實驗驗證。本文所設(shè)計的單軸跟蹤算法和多軸協(xié)同算法為實現(xiàn)多軸協(xié)同控制提供了理論基礎(chǔ)和借鑒。
【圖文】：

圖 4-6（a）為固定增益補(bǔ)償下的同的同步誤差曲線。由圖 4-6 可知，WNN控制方面性能更加優(yōu)越。固定增益補(bǔ)償器在受到外部負(fù)載擾動后，，協(xié)同誤差曲線固定增益補(bǔ)償算法相比，在系統(tǒng)發(fā)生擾統(tǒng)協(xié)同誤差更小，其峰值是固定增益補(bǔ)快，受到擾動到重新恢復(fù)穩(wěn)態(tài)的時間是好的協(xié)同性能，說明了所提算法的優(yōu)越綜上所述，在協(xié)同性能上，基于小波控制性能，在存在外界擾動的情況下，式易受擾動影響的問題，從理論上能夠4.5 本章小結(jié)本章重點研究了多伺服電機(jī)運動控

圖 5-2 Beckhoff 嵌入式控制器 CX8090Fig.5-2 Beckhoff Embedded Controller CX809頻率達(dá)到 400MHz，其標(biāo)準(zhǔn)配置包括 512MBBRAM，1 個 USB 接口，2 個以太網(wǎng) R接口，其最大功耗為 3w，I/O 端子模塊供電電高端伺服驅(qū)動器是專為高速、高動態(tài)定位任herCAT 開發(fā)的[76]。如圖 5-3 所示。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP273

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2521260