伺服控制位置調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)與參數(shù)整定.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文開 題 報(bào) 告課 題 名 稱 伺服控制位置調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)與參數(shù)整定類 別 畢業(yè)設(shè)計(jì) 系 別 專 業(yè) 班 姓 名 評(píng) 分 指 導(dǎo) 教 師 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告撰寫要求1. 開題報(bào)告主要內(nèi)容1）課題設(shè)計(jì)的目的和意義；2）課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容；3）設(shè)計(jì)方案；4）實(shí)施計(jì)劃。 5）主要參考文獻(xiàn)：不少于5篇，其中外文文獻(xiàn)不少于1篇。2撰寫開題報(bào)告時(shí)，所選課題的課題名稱也不得多于25個(gè)漢字，課題設(shè)計(jì)份量要適當(dāng)， 設(shè)計(jì)中必須是自己的設(shè)計(jì)內(nèi)容。3. 開題報(bào)告的字?jǐn)?shù)不少于2000字（藝術(shù)類專業(yè)不少于1000字），格式按華中科技大學(xué)武昌分校本科畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文撰寫規(guī)范的要求撰寫。4. 指導(dǎo)教師和責(zé)任單位必須審查簽字。5開題報(bào)告單獨(dú)裝訂，本附件為封面，后續(xù)表格請(qǐng)從網(wǎng)上下載并用A4紙打印后填寫。6. 此開題報(bào)告適用于全校各專業(yè)，部分特殊專業(yè)需要變更的，由所在系在基礎(chǔ)上提出調(diào)整方案，報(bào)學(xué)校審批后執(zhí)行。畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告學(xué) 生 姓 名學(xué) 號(hào)專業(yè)班級(jí)系別指導(dǎo)教師職稱課題名稱伺服控制位置調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)與參數(shù)整定1 課題設(shè)計(jì)的目的和意義位置控制系統(tǒng)也可稱之為位置伺服系統(tǒng)。以快速，精確為主要目標(biāo)的位置伺服系統(tǒng)，是現(xiàn)代高科技各領(lǐng)域中不可缺少，應(yīng)用十分廣泛的一種自動(dòng)控制系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是微電子，計(jì)算機(jī)，電力半導(dǎo)體和電機(jī)制造技術(shù)取得的巨大技術(shù)進(jìn)步，使得位置伺服這樣這樣一種扮演重要支柱技術(shù)角色的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在許多高科技領(lǐng)域得到非常廣泛的應(yīng)用，如激光加工，機(jī)器人，數(shù)控機(jī)床、大規(guī)模集成電路制造，辦公自動(dòng)化設(shè)備，雷達(dá)和各種軍用武器隨動(dòng)系統(tǒng)，以及柔性制造系統(tǒng)（FMSFlexible Manufacturing System）等等。位置控制系統(tǒng)的控制性能，對(duì)這些高科技的發(fā)展正起著越來(lái)越關(guān)鍵的作用。采用伺服電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)伺服系統(tǒng)主要由執(zhí)行元件（如交直流伺服電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)等）、反饋檢測(cè)元件、比較環(huán)節(jié)、驅(qū)動(dòng)線路和機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)五部分組成。其中，比較環(huán)節(jié)的作用是將指令信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較，兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差，經(jīng)驅(qū)動(dòng)線路控制執(zhí)行元件帶動(dòng)機(jī)械位移，直到跟隨誤差為零。位置伺服系統(tǒng)是一種與普通電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有著緊密聯(lián)系但又有明顯不同的的系統(tǒng)。一般說(shuō)來(lái)，位置伺服系統(tǒng)是以足夠的位置控制精度（定位精度）、位置跟蹤精度（位置跟蹤誤差）和足夠快的跟蹤速度來(lái)作為它的主要控制目標(biāo)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)要求能以一定的精度隨時(shí)跟蹤指令的變化，因而系統(tǒng)中伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度常常是不斷變化的。故伺服系統(tǒng)在跟蹤性能方面的要求一般要比普通調(diào)速系統(tǒng)高而且嚴(yán)格得多。隨著微處理器及控制技術(shù)的介入和完善，由硬件組成的比較環(huán)節(jié)將由軟件實(shí)現(xiàn)的位置控制環(huán)取代，即由模擬式向數(shù)字化方向過(guò)渡，以適應(yīng)更高速度與精度的需要，而且，系統(tǒng)中的電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的反饋控制全部數(shù)字化，全部伺服的控制模型和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償均由高速微處理器及其控制軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，采樣周期只有零點(diǎn)幾毫秒，采用前饋與反饋結(jié)合的復(fù)合控制可以實(shí)現(xiàn)高精度和高速度，近年來(lái)又出現(xiàn)了學(xué)習(xí)控制這一種智能型的伺服控制，在周期性的高速度、高精度跟蹤中，幾乎可以消除第一個(gè)周期意外的全部伺服誤差，數(shù)字化的軟件伺服是當(dāng)今的發(fā)展趨勢(shì)。2 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)首先對(duì)位置控制系統(tǒng)做了簡(jiǎn)單的介紹，然后分別對(duì)位置控制系統(tǒng)的各個(gè)控制環(huán)節(jié)建立數(shù)學(xué)模型，并在Matlab中進(jìn)行仿真和結(jié)果分析，最后對(duì)整個(gè)多閉環(huán)位置控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合仿真，針對(duì)仿真結(jié)果作系統(tǒng)分析，并根據(jù)系統(tǒng)性能要求對(duì)系統(tǒng)作了相應(yīng)的改進(jìn)。多閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是由電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)組成的，每個(gè)環(huán)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)都起著不同的作用，我們通過(guò)對(duì)三個(gè)環(huán)的設(shè)計(jì)、仿真以及對(duì)分析各環(huán)參數(shù)對(duì)位置系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)的影響，可以很直觀地看出每個(gè)環(huán)對(duì)系統(tǒng)的具體作用，并能根據(jù)系統(tǒng)的要求對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)的參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，直到滿足要求為止，非常方便。3 設(shè)計(jì)方案3.1 位置伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)屬于多環(huán)控制系統(tǒng)，采用由內(nèi)向外，一環(huán)包圍一環(huán)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。每一閉環(huán)都設(shè)有本環(huán)的調(diào)節(jié)器，構(gòu)成一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)。圖1 位置伺服系統(tǒng)圖1所示為位置伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖中，旋轉(zhuǎn)式電位器與電動(dòng)機(jī)同軸，電位器的輸出電壓V與位置成線性關(guān)系。位置傳感器是系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。位置調(diào)節(jié)器將位置給定信號(hào)Vg與位置反饋信號(hào)V之差值通過(guò)調(diào)節(jié)器進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，然后送至速率調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器，即經(jīng)過(guò)外環(huán)、中環(huán)、內(nèi)環(huán)三個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)器的校正再由模擬功率接口驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)位置伺服控制。在這個(gè)系統(tǒng)中，位置調(diào)節(jié)器的作用是使位置給定Vg與V的偏差向最小變化。速度反饋調(diào)節(jié)器的主要作用是阻尼位置調(diào)節(jié)過(guò)程的超調(diào)。電流調(diào)節(jié)器的作用是減小力矩波動(dòng)，改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性，并對(duì)最大電流進(jìn)行限定等。濾波電路的作用是濾除位置或速率傳感器輸出信號(hào)中的諧波信號(hào)。以上各環(huán)節(jié)參數(shù)的設(shè)計(jì)和整定應(yīng)根據(jù)具體的負(fù)載性質(zhì)（力矩和慣量的大小），以滿足位置伺服精度的要求。3.2 電流環(huán)的設(shè)計(jì)電流反饋內(nèi)環(huán)的控制結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：圖2 電流反饋內(nèi)環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖在上面結(jié)構(gòu)圖中：ACR為電流控制器；KPWM為PWM逆變器放大系數(shù)；TPWM為 PWM逆變器開關(guān)延時(shí)時(shí)間；Ka =1/Ra；Ta為電氣時(shí)間常數(shù)；Kt為力矩常數(shù)；Ke為反電勢(shì)常數(shù)；J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Kcf為電流反饋增益；Tcf電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)。3.3 速度環(huán)的設(shè)計(jì)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：圖3 速度環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖3.4 位置環(huán)的設(shè)計(jì)位置環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示：圖4 位置環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖3.5 綜合仿真分析對(duì)整個(gè)多閉環(huán)位置控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合仿真，設(shè)定參數(shù)。在Matlab中進(jìn)行仿真和結(jié)果分析。根據(jù)控制具體要求，對(duì)參數(shù)進(jìn)行更改。4 實(shí)施計(jì)劃（1） 第 14 周 查閱資料，翻譯外文資料，撰寫開題報(bào)告。（2） 第 4 周 開題報(bào)告答辯。（3） 第 510 周 進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的理論研究、方案設(shè)計(jì)、軟硬件設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)測(cè)試等。（4） 第 11 周 對(duì)前期理論工作及軟硬件設(shè)計(jì)做初步檢查。（5） 第 1113 周 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文并完成初槁。（6） 第 1415 周 送指導(dǎo)老師檢查，批改。后修改論文并定稿。（7） 第 15 周 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯資格審查。（8） 第 16 周 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯，最終完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1 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