【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(guó)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(shì)發(fā)展,這也是中國(guó)制造轉(zhuǎn)型升級(jí)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(shì),多軸運(yùn)動(dòng)控制的應(yīng)用將會(huì)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(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為研究背景和研究對(duì)象,建立多伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,從動(dòng)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(gè)問題:1.設(shè)計(jì)多電機(jī)系統(tǒng)的單軸控制器;2.設(shè)計(jì)多電機(jī)系統(tǒng)的協(xié)同控制器;3.設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)PID控制器對(duì)擾動(dòng)、魯棒性不強(qiáng)以及參數(shù)優(yōu)化對(duì)初始點(diǎn)選取依賴性強(qiáng)等問題,設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)平臺(tái),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(duì)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(yàn)證人群搜索算法的效用,利用另一種智能算法——遺傳算法對(duì)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(duì)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(diǎn),驗(yàn)證了人群搜索算法的有效性。同時(shí),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(shí)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(duì)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(duì)任意復(fù)雜函數(shù)的逼近能力和計(jì)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(shí)現(xiàn)小波變換的優(yōu)點(diǎn),使得整個(gè)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(shí)現(xiàn)協(xié)同誤差的預(yù)測(cè)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(jì)的速度補(bǔ)償器進(jìn)行仿真分析,得到在不同擾動(dòng)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(duì)比,對(duì)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(dòng)小,調(diào)節(jié)時(shí)間短,收斂速度快,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的速度補(bǔ)償器的有效性。三、針對(duì)多伺服電機(jī)協(xié)同控制的位置跟蹤問題,設(shè)計(jì)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(tái)等組成。針對(duì)四軸實(shí)驗(yàn)平臺(tái),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(jiǎn)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(yùn)動(dòng)規(guī)律作為伺服電機(jī)的加速策略,合理設(shè)計(jì)電子凸輪曲線,通過絲杠平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)上完成實(shí)驗(yàn)分析,通過TWINCAT下的Scope View軟件,采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文所設(shè)計(jì)的單軸跟蹤算法和多軸協(xié)同算法為實(shí)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(dòng)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(dòng)到重新恢復(fù)穩(wěn)態(tài)的時(shí)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(dòng)的情況下，式易受擾動(dòng)影響的問題，從理論上能夠4.5 本章小結(jié)本章重點(diǎn)研究了多伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)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(gè) USB 接口，2 個(gè)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(dòng)器是專為高速、高動(dòng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP273

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2521260