伺服控制位置調(diào)節(jié)器設(shè)計與參數(shù)整定.docVIP

畢業(yè)設(shè)計/論文開 題 報 告課 題 名 稱 伺服控制位置調(diào)節(jié)器設(shè)計與參數(shù)整定類 別 畢業(yè)設(shè)計 系 別 專 業(yè) 班 姓 名 評 分 指 導(dǎo) 教 師 畢業(yè)設(shè)計開題報告撰寫要求1. 開題報告主要內(nèi)容1）課題設(shè)計的目的和意義；2）課題設(shè)計的主要內(nèi)容；3）設(shè)計方案；4）實施計劃。 5）主要參考文獻：不少于5篇，其中外文文獻不少于1篇。2撰寫開題報告時，所選課題的課題名稱也不得多于25個漢字，課題設(shè)計份量要適當(dāng)， 設(shè)計中必須是自己的設(shè)計內(nèi)容。3. 開題報告的字?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/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開題報告單獨裝訂，本附件為封面，后續(xù)表格請從網(wǎng)上下載并用A4紙打印后填寫。6. 此開題報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，報學(xué)校審批后執(zhí)行。畢業(yè)設(shè)計開題報告學(xué) 生 姓 名學(xué) 號專業(yè)班級系別指導(dǎo)教師職稱課題名稱伺服控制位置調(diào)節(jié)器設(shè)計與參數(shù)整定1 課題設(shè)計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，計算機，電力半導(dǎo)體和電機制造技術(shù)取得的巨大技術(shù)進步，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，機器人，數(shù)控機床、大規(guī)模集成電路制造，辦公自動化設(shè)備，雷達和各種軍用武器隨動系統(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，對這些高科技的發(fā)展正起著越來越關(guān)鍵的作用。采用伺服電動機的閉環(huán)伺服系統(tǒng)主要由執(zhí)行元件（如交直流伺服電動機、液壓馬達等）、反饋檢測元件、比較環(huán)節(jié)、驅(qū)動線路和機械運動機構(gòu)五部分組成。其中，比較環(huán)節(jié)的作用是將指令信號和反饋信號進行比較，兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差，經(jīng)驅(qū)動線路控制執(zhí)行元件帶動機械位移，直到跟隨誤差為零。位置伺服系統(tǒng)是一種與普通電動機調(diào)速系統(tǒng)有著緊密聯(lián)系但又有明顯不同的的系統(tǒng)。一般說來，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作為它的主要控制目標(biāo)。系統(tǒng)運行時要求能以一定的精度隨時跟蹤指令的變化，因而系統(tǒng)中伺服電動機的運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)將由軟件實現(xiàn)的位置控制環(huán)取代，即由模擬式向數(shù)字化方向過渡，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態(tài)補償均由高速微處理器及其控制軟件進行實時處理，采樣周期只有零點幾毫秒，采用前饋與反饋結(jié)合的復(fù)合控制可以實現(xiàn)高精度和高速度，近年來又出現(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。2 課題設(shè)計的主要內(nèi)容伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(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)計首先對位置控制系統(tǒng)做了簡單的介紹，然后分別對位置控制系統(tǒng)的各個控制環(huán)節(jié)建立數(shù)學(xué)模型，并在Matlab中進行仿真和結(jié)果分析，最后對整個多閉環(huán)位置控制系統(tǒng)進行綜合仿真，針對仿真結(jié)果作系統(tǒng)分析，并根據(jù)系統(tǒng)性能要求對系統(tǒng)作了相應(yīng)的改進。多閉環(huán)運動控制系統(tǒng)是由電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)組成的，每個環(huán)對運動控制系統(tǒng)都起著不同的作用，我們通過對三個環(huán)的設(shè)計、仿真以及對分析各環(huán)參數(shù)對位置系統(tǒng)動態(tài)和穩(wěn)態(tài)的影響，可以很直觀地看出每個環(huán)對系統(tǒng)的具體作用，并能根據(jù)系統(tǒng)的要求對設(shè)計環(huán)的參數(shù)進行改進，直到滿足要求為止，非常方便。3 設(shè)計方案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)式電位器與電動機同軸，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Vg與位置反饋信號V之差值通過調(diào)節(jié)器進行動態(tài)校正，然后送至速率調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器，即經(jīng)過外環(huán)、中環(huán)、內(nèi)環(huán)三個閉環(huán)調(diào)節(jié)器的校正再由模擬功率接口驅(qū)動伺服電動機，實現(xiàn)位置伺服控制。在這個系統(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)過程的超調(diào)。電流調(diào)節(jié)器的作用是減小力矩波動，改善動態(tài)響應(yīng)的快速性，并對最大電流進行限定等。濾波電路的作用是濾除位置或速率傳感器輸出信號中的諧波信號。以上各環(huán)節(jié)參數(shù)的設(shè)計和整定應(yīng)根據(jù)具體的負載性質(zhì)（力矩和慣量的大?。?，以滿足位置伺服精度的要求。3.2 電流環(huán)的設(shè)計電流反饋內(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)延時時間；Ka =1/Ra；Ta為電氣時間常數(shù)；Kt為力矩常數(shù)；Ke為反電勢常數(shù)；J為轉(zhuǎn)動慣量；Kcf為電流反饋增益；Tcf電流反饋濾波時間常數(shù)。3.3 速度環(huán)的設(shè)計速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：圖3 速度環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖3.4 位置環(huán)的設(shè)計位置環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示：圖4 位置環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖3.5 綜合仿真分析對整個多閉環(huán)位置控制系統(tǒng)進行綜合仿真，設(shè)定參數(shù)。在Matlab中進行仿真和結(jié)果分析。根據(jù)控制具體要求，對參數(shù)進行更改。4 實施計劃（1） 第 14 周 查閱資料，翻譯外文資料，撰寫開題報告。（2） 第 4 周 開題報告答辯。（3） 第 510 周 進行畢業(yè)設(shè)計的理論研究、方案設(shè)計、軟硬件設(shè)計、實驗測試等。（4） 第 11 周 對前期理論工作及軟硬件設(shè)計做初步檢查。（5） 第 1113 周 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文并完成初槁。（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)計答辯資格審查。（8） 第 16 周 畢業(yè)設(shè)計答辯，最終完成畢業(yè)設(shè)計。參考文獻1 秦憶.現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng).武漢：華中理工大學(xué)出版社,1995.12 羅飛,郗曉田,文小玲,許玉格.電力拖動與運動控制系統(tǒng).北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2007.23 陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)：運動控制系統(tǒng).北京：機械工業(yè)出版社，2009.94 吳天明, 趙新力, 劉建存.MATLAB電力系統(tǒng)設(shè)計與分析.北京：國防工業(yè)出版社，2010.75 程鵬.自動控制原理.北京：高等教育出版社.2003.86 許建國電機與控制武漢：武漢測繪科技大學(xué)出版社，19987 孫鶴旭交流步進傳動系統(tǒng)北京：機械工業(yè)出版社，19968 Binns K.J,et al.High-field self-starting Permanent-mangnet Synchronous Motor IEE PROC.Vol.128.Pt.B.No.3 MAY 19819 S J Yang.Low-noise Electrical Motors.Clarendon Press Oxford，198110 S.Williamson, and A.C. smith.Equivalent circuits for cage induction motors with inter-bar current