直流运动控制系统误差分析及控制器的设计-开题报告_第1页
直流运动控制系统误差分析及控制器的设计-开题报告_第2页
直流运动控制系统误差分析及控制器的设计-开题报告_第3页
直流运动控制系统误差分析及控制器的设计-开题报告_第4页
直流运动控制系统误差分析及控制器的设计-开题报告_第5页
已阅读5页,还剩1页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

毕 业 论 文 设 计 开 题 报 告题 目 直流运动控制系统误差分析及控制器的设计 学生姓名 学号 所 在 院 (系 ) 专业班级 指导教师 2009 年 3 月 18 日1题 目 直流运动控制系统误差分析及控制器的设计一、选题的目的及研究意义我选择的论文题目是:直流运动控制系统误差分析及控制器的设计本次选题的目的就是利用我们所学的机电知识,设计一个简单的直流伺服闭环控制系统,通过对设计的系统进行误差分析,了解系统误差的来源,以及其消除误差的方法。在科技日益发达的今天,各种机械设备也都尽可能的采用自动控制,不仅减少了人力的消耗,同时最重要的是大大的降低的产品加工的误差,保证了产品的合格率,降低了生产的成本。 利用计算机系统控制操作的过程本已经大大的降低了误差,提高了产品的合格率,然而无论是原始的人力操作,或者是利用先进的计算机控制整个操作过程,都不可避免存在着各种误差。而且任何一个先进的控制系统或多或少的都存在着系统误差,为了进一步的降低生产的成本,提高资源的合理利用,对于在自动控制系统中的系统误差我们必须尽可能的消除才能达到要求。在本次设计中,我们将采用 XY 工作台的位置速度双闭环控制系统的设计,它在精加工、电子产品组装线、高清晰显示器件制造等领域具有广泛的应用。二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等结合课题,在此,我们仅对控制系统的发展,及在设计中我们用到的单片机技术进行简介。1.运动控制系统1)运动控制系统概述运动控制系统是以机械运动的驱动装备电动机为控制对象,以控制器为核心,以电子电力功率变换装置为执行机构,在自动控制理论的指导之下组成的电气传动自动控制系统。这类系统控制电机的转矩、转速和转角,将电能转换 成机械能,实现运动机械的运动要求。2)运动控制系统发展过程及应用纵观运动控制的发展过程,交、直流两大电气传动并存于各个工业领域,虽然各个时期科学技术的发展使他们所处于的地位、所起的作用不同,但他们始终是随着工业技术的发展,特别是电力电子和微电子技术的发展,在相互竞争、相互促进中,不断完善并发生着变化。由于历史上最早出现的是直流电机,所以 19 世纪 80 年代以前,直流电气传动是唯一的电气传动方式。直到 19 世纪末,出现了交流电,并解决了三相制交流电的输送和分配问题,并制成了经济适用的鼠笼异步电机,严重影响到电网的功率因数,基本形成直流交速、交流部调速的格局。随着生产技术的发展,对电气传动在制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面都提出了更高的要求,这就要求大量使用调速系统。由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好,20 世纪 30 年代起就开始使用直流调速系统。它的发展过程是这样的:由最早的旋转变流机组控制发展为放大机、磁放大器控制,再进一步,用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现直流调速,再后来用可控整流和大功率晶体管组成的 PWM 控制电路实现数字化的直流调速,使系统的快速性、可靠性、经济型不断提高。调速性能的不断提高使直流调速系统应用非常广泛。然而,由于直流电机具有电刷和换向器,制造工艺复杂且成本高,维护麻烦,使用环境受到限制等缺点,并且很难向高转速、高电压、大容量发展,因而逐渐显示出直流调速的弱点。早就普遍应用于恒速运行场合的交流电机科弥补直流电机的不足,加之世界范围的能源短缺,人们又开始了新一轮的交流调速的研究。仅对占传动总量三分之一的风机、水泵设备而言,如果改恒速为调速的话,就可节电 30%左右。近三四十年来,随着电力电子技术、微电子技术、现代控制理论的发展,为交流调速产品的开发和四象限运行等良好的技术性能,并实现了产品的系列化,从调速性能上完全可以与直流调速系统向媲美。当今社会,运动控制系统的应用已相当普及,不论是民用还是军用。在工厂、农村以及大多数家庭3中,到处可以看到以电动机为动力的各种生产机械或者家用电器。例如:轧钢厂的连轧机,加工车间的切削机床,造纸厂的纸机,纺织厂纺织机,化工厂的搅拌机和离心机,搬运长的起重机和传传动带,矿山的卷扬机,家庭中的冰箱、空调、洗衣机等。3)运动控制系统的发展趋势归纳目前大量应用的运动控制系统,并对技术发展和应用需求分析进行全面分析后,我们可以总结出该领域的发展趋势有:a) 高频化。 在功率驱动装置中,低频的半控制器件晶闸管在中小功率范围将被高频的全部器件大功率晶体管所代替,这样既可以提高系统性能,又可以改善电网的功率因数。b) 交流化。 由于交流电机本身的优势,交流调速取代直流调速已成为一种不可逆转的趋势。随着交流调速系统成本的逐渐降低,不仅现有的直流调速系统将被交流调速系统取代,而且,大量的原来恒速运行的交流传动系统将改为交流调速系统,原来直流调速所不能达到的高转速、大功率领域,也将采用交流调速系统。c) 网络化。 微处理器的发展,使数字控制器简单而又灵活,同时为联网提供了可能。随着系统规模的扩大和系统复杂性的提高,单机控制系统越来越少,取而代之的是大规模的多机协同工作的高度自动化的复杂系统。这就需要计算机网络的支持,传动设备及控制器作为一个节点联到现场总线或工业 控制网上,实现集中的或分散的生产过程实时监控。另外,借助于数字网络技术,智能控制已经深入到运动控制系统的各个方面,例如:模糊控制、神经网络控制、解耦控制等,各宗观测器和辨识技术应用于运动控制系统中,大大改善了控制系统的性能,为运动控制系统走向复杂的多层次的网络控制提供了可能。运动控制系统正在由简单的单机控制系统走向多机多种控制过程协调的系统集成阶段。2.单片机1)单片机历史单片机诞生于 20 世纪 70 年代末,经历了 SCM、MCU、SoC 三大阶段。 a)SCM 即单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)阶段,主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。 “创新模式”获得成功,奠定了 SCM 与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上,Intel 公司功不可没。 b)MCU 即微控制器(Micro Controller Unit)阶段,主要的技术发展方向是:不断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关,因此,发展 MCU 的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看,Intel 逐渐淡出 MCU 的发展也有其客观因素。在发展 MCU 方面,最著名的厂家当数Philips 公司。 Philips 公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势,将 MCS-51 从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此,当我们回顾嵌入式系统发展道路时,不要忘记 Intel 和 Philips 的历史功绩。 c)单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向 MCU 阶段发展的重要因素,就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决;因此,专用单片机的发展自然形成了 SoC 化趋势。随着微电子技术、IC 设计、EDA 工具的发展,基于 SoC 的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。2)单片机应用领域目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能 IC 卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过控4制等领域。三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法(技术路线)或设计(实验)方案进行说明,论文要写出相应的写作提纲在本次设计中,我们采用 PWM 调速方式,通过改变 PWM 的占空比从而改变电动机的电枢电压,进而实现对电动机的调速。为了提高控制系统的性能和可靠性,设计中,对位置环和转速环采用PID 调节器。PWM 是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM 信号仍然是数字的,因为在给定的任何时刻,满幅值的直流供电要么完全有(ON),要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候,断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够,任何模拟值都可以使用 PWM 进行编码。本次设计,我们首先实验装置的总体方案进行分析,其次对 XY 工作台机械传动部分进行部件选择与核算,然后初步建立系统的数学模型,确定系统的控制方式,最后通过实验进行验证,测量系统的误差,选择消除误差的方式,使系统性能进一步提高。四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明1 吴宗泽,罗国圣.主编.机械设计课程设计手册.第二版.北京:高等教育出版社.2005.2 张建民,唐水源,马淑华.编著.机电一体化系统设计.第二版.北京:高等教育出版社20063 陈统坚.主编.机械工程英语.北京:机械工业出版社.2004.4 陈叔,刘树春.主编.机械制图.第三版.苏州:中国建材工业出版社.2001.5 黄筱调,赵松年. 机电一体化技术基础及应用. 北京:机械工业出版社,20036 徐惠民、安德宁 单片微型计算机原理接口与应用 第 1 版 北京:北京邮电大学出版社,1996 7 夏继强. 单片机实验与实践教程. 北京:北京航空航天大学出版社, 2001 8 Nitaigour Premchand Mahalik. 机电一体化:原理概念应用. 北京:科学出版社,2008五、毕业论文(设计)进程安排(1)了解本课题目前有关情况,完成开题报告和英文资料翻译。 3.153.30 (2)直流伺服系统实验装置总体设计,对实验装置总体方案和布局进行研究。绘制总体布局图 1张,A1。 3.304.10 (3)直流伺服系统实验装置机械设计,绘制装配图 1 张,A0。 4.104.25 (4)直流伺服系统实验系统建立数

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论