多軸運(yùn)動(dòng)控制器開題報(bào)告

畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕開題報(bào)告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：多軸運(yùn)動(dòng)控制器文獻(xiàn)綜述摘要：運(yùn)動(dòng)控制是20世紀(jì)90年代在國際上興起的結(jié)合現(xiàn)代電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)等進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一門多學(xué)科交叉的技術(shù)，在數(shù)控機(jī)床、汽車、輕工、紡織和軍事等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其中的數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)更是一個(gè)國家運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)開展水平的重要標(biāo)志。Abstract:Motioncontrolisainterdisciplinarytechnologyinthenineteennineties，asthecombinationofmodernpowerelectronicstechnology,computerTechnology,sensortechnology,controlsystemdesign.IntheNCmachinetool,Auto,lightindustry,textileandmilitaryandotherfieldsarewidelyused,inwhichthenumericalcontroltechnology,robotictechnologyarethesymbolofastate'slevelofdevelopmentofmotioncontroltechnology.1.運(yùn)動(dòng)控制器的概念：運(yùn)動(dòng)控制起源于早期的伺服控制。簡單地說，運(yùn)動(dòng)控制就是對機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使其按照預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。早期的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)主要是伴隨著數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和工廠自動(dòng)化技術(shù)的開展而開展的。早期的運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)際上是可以獨(dú)立運(yùn)行的專用的控制器，往往無需另外的處理器和操作系統(tǒng)支持，可以獨(dú)立完成運(yùn)動(dòng)控制功能、工藝技術(shù)要求的其他功能和人機(jī)交互功能。這類控制器可以成為獨(dú)立運(yùn)行的運(yùn)動(dòng)控制器。這類控制器主要針對專門的數(shù)控機(jī)械和其他自動(dòng)化設(shè)備而設(shè)計(jì)，往往已根據(jù)應(yīng)用行業(yè)的工藝要求設(shè)計(jì)了相關(guān)的功能，用戶只需要按照其協(xié)議要求編寫應(yīng)用加工代碼文件，然后傳輸?shù)娇刂破?，控制器即可完成相關(guān)的動(dòng)作。這類控制器往往不能離開其特定的工藝要求而跨行業(yè)應(yīng)用，控制器的開放性僅僅依賴于控制器的加工代碼協(xié)議，用戶不能根據(jù)應(yīng)用要求而重組自己的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制需求：在工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域中，最常見的電動(dòng)機(jī)就是步進(jìn)式、有刷式以及無刷式直流電動(dòng)機(jī)，但是其實(shí)還有一些其它類型的電動(dòng)機(jī)。每種電動(dòng)機(jī)都需要有獨(dú)立的輸入信號(hào)來鼓勵(lì)電動(dòng)機(jī)，然后將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。在最廣義的意義上，運(yùn)動(dòng)控制可以幫助你使用電動(dòng)機(jī)(最大程度上滿足你的應(yīng)用需求)，而無需考慮所有鼓勵(lì)電機(jī)所需的低層次的鼓勵(lì)信號(hào)。另外，運(yùn)動(dòng)控制還具備一些高級(jí)功能，因此可以基于模塊搭建高效地實(shí)現(xiàn)指定的應(yīng)用，為一些常規(guī)任務(wù)提供解決方案，如精準(zhǔn)定位、多軸同步，以及指定速度、加速度和減速度的運(yùn)動(dòng)等等。因?yàn)榇蠖嚯妱?dòng)機(jī)的工作環(huán)境都是瞬時(shí)的，所以運(yùn)動(dòng)控制工具必須能夠適應(yīng)不同負(fù)載和動(dòng)態(tài)條件，而這那么需要一些復(fù)雜的控制處理算法和機(jī)械系統(tǒng)的反響信息。最后(但并不是最不重要的)，運(yùn)動(dòng)控制的任務(wù)一般都比擬嚴(yán)格，而且通常其所操控的機(jī)器還可能會(huì)傷及到周圍的人。因此，運(yùn)動(dòng)控制中必須具備一些平安特征，如限位開關(guān)(limitswitch)和I/O通道，用以收集狀態(tài)信息并執(zhí)行停止程序。運(yùn)動(dòng)控制器研究現(xiàn)狀：自20世紀(jì)80年代初期，通用運(yùn)動(dòng)控制器已經(jīng)在國外多個(gè)行業(yè)應(yīng)用，尤其是微電子行業(yè)的應(yīng)用更加廣泛。當(dāng)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制器在我國的應(yīng)用規(guī)模和范圍很小。目前，國內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制器生產(chǎn)商提供的產(chǎn)品大致可以分為3類：第一類是以單片機(jī)或者微處理器作為核心的運(yùn)動(dòng)控制器，這類運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)行速度較慢，精度不高，本錢相對較低，在一些只需要低速運(yùn)功控制和對軌跡要求不高的輪廓控制場合應(yīng)用。第二類是以專用芯片〔ASIC〕作為核心處理器的運(yùn)動(dòng)控制器，這種控制器結(jié)構(gòu)簡單，但是大多數(shù)只能輸出脈沖信號(hào)，工作于開環(huán)控制方式。由于這種控制器不能提供高速連續(xù)插補(bǔ)，也沒有前瞻功能〔Lookhead〕,特別是對于大量的小線段連續(xù)加工的場合，就不能使用這種控制器。第三類是基于PC總線的以DSP和FPGA作為核心處理器的開放式運(yùn)動(dòng)控制器。這類開放式運(yùn)動(dòng)控制器以DSP芯片作為運(yùn)動(dòng)控制器的核心處理器，以PC機(jī)作為信息處理平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)控制器以插卡形式嵌入PC機(jī)，以“PC+運(yùn)動(dòng)控制器〞的模式。這樣將PC機(jī)的信息處理能力和開放式的特點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)控制器芙蓉運(yùn)動(dòng)軌跡控制能力有機(jī)的結(jié)合在一起，具有開放程度高、運(yùn)動(dòng)軌跡控制準(zhǔn)確、通用性好的特點(diǎn)。這類運(yùn)動(dòng)控制器充分李永樂DSP的高速數(shù)據(jù)處理能力和FPGA的超強(qiáng)邏輯處理能力，便于設(shè)計(jì)出功能完善、性能優(yōu)越的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。4.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組件下列圖描述了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的根本組成局部。

圖1.運(yùn)動(dòng)控制器是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的核心。你所開發(fā)的應(yīng)用軟件便是你應(yīng)用程序中的特定局部。應(yīng)用軟件定義了運(yùn)動(dòng)配置文件，以及特定事件觸發(fā)并影響配置文件的方式。應(yīng)用軟件由好幾個(gè)可選的層次構(gòu)成。通常來說都包含一個(gè)用戶界面程序，用以實(shí)現(xiàn)交互式操作。很多運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用都包含應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)警報(bào)處理和數(shù)據(jù)庫連接性。它們還通常包含由運(yùn)動(dòng)控制器執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)控制指令。運(yùn)動(dòng)控制器的制造商提供了應(yīng)用軟件的開發(fā)環(huán)境。根據(jù)上述內(nèi)容，運(yùn)動(dòng)控制器創(chuàng)立運(yùn)動(dòng)配置文件，根據(jù)這些配置文件，控制器將信號(hào)通過放大器或者電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)傳到電動(dòng)機(jī)，放大器的任務(wù)就是從控制器接收信號(hào)，然后將它們變成可以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)。隨著電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，反響設(shè)備〔通常是位置傳感器〕會(huì)將位置信息反向傳遞至控制器，構(gòu)成閉環(huán)控制環(huán)。運(yùn)動(dòng)控制器通過位置傳感器獲取電動(dòng)機(jī)的位置信息，從而推算出電動(dòng)機(jī)的移動(dòng)速度。有些應(yīng)用中需要有多個(gè)反響設(shè)備，以保證該電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)能夠正確運(yùn)行。雖然反響設(shè)備提供了位置信息，但有時(shí)還需要向控制器傳遞一些特殊的反響信息，譬如壓力傳感器或者震動(dòng)傳感器的數(shù)據(jù)。5.運(yùn)動(dòng)控制器的架構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制器就像是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的大腦，它要計(jì)算每個(gè)預(yù)定運(yùn)動(dòng)軌跡。該任務(wù)非常重要，因此它需要一個(gè)專門的資源以保證高度確實(shí)定性。運(yùn)動(dòng)控制器利用其所計(jì)算出來的運(yùn)動(dòng)軌跡來決定適宜的扭矩命令，然后將其發(fā)送至電動(dòng)機(jī)放大器，才真正產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)?？刂破鬟€必須通過監(jiān)測限制條件和緊急制動(dòng)條件，來關(guān)閉控制環(huán)并處理監(jiān)控(supervisorycontrol)，從而保證平安操作。這些操作都必須實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，以確保有效運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)所必需的高度可靠性、確定性、穩(wěn)定性和平安性。

圖2.運(yùn)動(dòng)控制器架構(gòu)下面描述運(yùn)動(dòng)控制器的各種不同任務(wù)。監(jiān)控–提供了執(zhí)行特定操作所需的命令順序安排和協(xié)調(diào)。這些特殊操作包括：系統(tǒng)初始化，其中包括返回到零位置。事件處理，其中包括：電子傳動(dòng)，基于位置信息的觸發(fā)輸出，基于用戶定義事件的配置文件更新。故障檢測，其中包括：遇到限位開關(guān)停止運(yùn)動(dòng)，遇到緊急制動(dòng)或者驅(qū)動(dòng)故障、看門狗等時(shí)的平安系統(tǒng)反響。軌跡發(fā)生器–根據(jù)用戶定義的配置文件進(jìn)行路徑規(guī)劃?？刂骗h(huán)–執(zhí)行快速的閉環(huán)控制，在多軸上同步維持位置、速度和軌跡?？刂骗h(huán)根據(jù)反響信息來處理位置/速度環(huán)的關(guān)閉，并決定系統(tǒng)的響應(yīng)和穩(wěn)定性。在步進(jìn)式系統(tǒng)中，由步進(jìn)發(fā)生組件構(gòu)成控制環(huán)。該控制環(huán)包含一個(gè)插值組件或者樣條引擎(splineengine)，在軌跡發(fā)生器所計(jì)算出的兩個(gè)設(shè)置點(diǎn)之間進(jìn)行插值。這樣，控制環(huán)的執(zhí)行速度就會(huì)快于軌跡發(fā)生器。圖2描述了NI運(yùn)動(dòng)控制器的功能架構(gòu)。運(yùn)動(dòng)I/O–作為模擬和數(shù)字I/O，發(fā)送并接受來自于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)其余局部的信號(hào)。一般來說，模擬輸出用作驅(qū)動(dòng)的命令信號(hào)，數(shù)字I/O那么用于正交編碼信號(hào)，作為電動(dòng)機(jī)的反響信號(hào)。運(yùn)動(dòng)I/O實(shí)現(xiàn)位置斷點(diǎn)和高速捕獲。同樣，監(jiān)控也使用運(yùn)動(dòng)I/O來實(shí)現(xiàn)必需的特定功能，如響應(yīng)限位開關(guān)、生成初始化系統(tǒng)所需的運(yùn)動(dòng)模式等等。展望：1.運(yùn)用DSP作為運(yùn)動(dòng)控制器的處理器，實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的控制算法，得到實(shí)現(xiàn)更為精確的位置控制和更優(yōu)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)特性。同時(shí)，在運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)不同的插補(bǔ)算法，增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)控制器的可編程性能，建立運(yùn)動(dòng)控制器的操作平臺(tái)和完善的人機(jī)交互功能，使得運(yùn)動(dòng)控制器具有更強(qiáng)大的控制性能和更容易編程。2.隨著微電子技術(shù)和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)的迅猛開展，片上系統(tǒng)(SystemonChip)的時(shí)代已經(jīng)到來。這種片上系統(tǒng)可以將包括中央處理器(CPU)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)以及總線接口和其它功能模塊在內(nèi)的整個(gè)電子系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上，實(shí)現(xiàn)更高的集成度和系統(tǒng)性能。7.主要參考文獻(xiàn)1.韓安太，劉峙飛，黃海，DSP控制器原理及其在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，北京，清華大學(xué)出版社，20032.叢爽，李澤湘，實(shí)用運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，北京，電子工業(yè)出版社，20063.NI公司，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，20054.NI公司，多軸運(yùn)動(dòng)控制器說明書，20075.TrioMotion公司，Trio數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制器說明書，20046.固高公司，GT系列運(yùn)動(dòng)控制器編程手冊，20047.眾為興公司，ADT-TP3860六軸運(yùn)動(dòng)控制器說明書，20048.TC55系列運(yùn)動(dòng)控制器說明書，20059.BK168運(yùn)動(dòng)控制器說明書，200410.運(yùn)動(dòng)控制器－美國PMAC控制卡說明書，200511.北京多普康自動(dòng)化技術(shù)，CS40-11U單軸運(yùn)動(dòng)控制器使用說明書,200612.基于DSP的多軸運(yùn)動(dòng)控制器的研究謝萬德200213.運(yùn)動(dòng)控制器在國內(nèi)的應(yīng)用及開展吳孜越，胡東方，楊丙乾200714.基于DSP的運(yùn)動(dòng)控制器王高中200415.多軸運(yùn)動(dòng)控制器及其運(yùn)用陳興平，郝新200216.運(yùn)動(dòng)控制的根底NI公司17.淺談運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的開展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景劉冬敏，薛培軍200718.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的開展與展望王家軍，齊冬蓮2004畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕開題報(bào)告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段：1.本畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的：對多軸運(yùn)動(dòng)控制器的組成結(jié)構(gòu)、應(yīng)用范圍與使用要求有一定的了解，掌握PID參數(shù)調(diào)節(jié)對運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)響應(yīng)性能及調(diào)節(jié)規(guī)律，熟悉多軸運(yùn)動(dòng)控制器與伺服控制系統(tǒng)的相互連接關(guān)系，初步掌握多軸運(yùn)動(dòng)控制器的應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)步驟與過程，能進(jìn)行多種功能參數(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置伺服控制。2.本畢業(yè)設(shè)計(jì)研究或要解決的問題：1.了解NI公司的多軸運(yùn)動(dòng)控制器的組成結(jié)構(gòu)、應(yīng)用范圍與使用要求；2.完成多軸運(yùn)動(dòng)控制器與伺服控制系統(tǒng)的連接，構(gòu)成一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；3.完成運(yùn)動(dòng)控制器PID參數(shù)調(diào)節(jié)，了解系統(tǒng)響應(yīng)性能及調(diào)節(jié)規(guī)律之間的關(guān)系；4.應(yīng)用多軸運(yùn)動(dòng)控制器調(diào)試界面，完成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的閉環(huán)運(yùn)動(dòng)；5.進(jìn)行系統(tǒng)綜合調(diào)試，進(jìn)行位置定位、跟蹤〔包括原點(diǎn)尋找、加減速時(shí)間與加速度等設(shè)定〕等運(yùn)動(dòng)過程。3.本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題成果的內(nèi)容：1.多軸運(yùn)動(dòng)控制器調(diào)試界面；2.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制程序流程；3.畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。4.本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題工作進(jìn)度方案2023年2月27日～3月23日3月24日～4月6日

4月7日～4月20日

4月21日～5月4日

5月