輪廓跟蹤控制是制造業(yè)加工生產(chǎn)過程中常見的多軸運動控制任務(wù),如焊接、噴涂、打磨、裁割、雕刻等等,輪廓加工精度是衡量生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)之一。目前,集中式或者點對點式的輪廓跟蹤控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展比較成熟,相關(guān)控制器產(chǎn)品往往采用“PC機+運動控制卡”架構(gòu),可以實現(xiàn)高精度輪廓跟蹤控制。然而,此類運動控制器存在接線復(fù)雜、擴展性差、傳輸受限、互聯(lián)性差等缺點,不能滿足現(xiàn)代制造中的數(shù)據(jù)共享和智能制造要求。為解決上述問題,將以太網(wǎng)通信技術(shù)引入到多軸運動控制系統(tǒng)中成為主流發(fā)展方向。因此,研究網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的輪廓跟蹤控制問題具有很好的理論和實際意義。隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)化運動控制器需求的日益旺盛,多種實時工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議應(yīng)運而生,如EtherCAT、EtherNet/IP、EPA等,并被廣泛應(yīng)用于運動控制系統(tǒng)中。然而,基于工業(yè)以太網(wǎng)的運動控制系統(tǒng)需要額外的硬件支持,相關(guān)產(chǎn)品價格昂貴,一定程度上限制了其發(fā)展。相對而言,通用以太網(wǎng)具有更低的網(wǎng)絡(luò)使用成本和更好的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)性,且隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的不斷提高,使得將其應(yīng)用于運動控制系統(tǒng)中成為了可能。此外,利用PC機的強大計算能力,無需額外硬件模塊,可大大增加控制系... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

運動控制器的幾種應(yīng)用場合

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的輪廓跟蹤控制算法研究19圖2-2網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的輪廓跟蹤控制系統(tǒng)實驗平臺Figure2-2.ExperimentalsetupoftheNMCS如圖2-2所示，PC機作為系統(tǒng)客戶端控制中心，CPU型號為酷睿i3-6100，RAM大小為4GB，搭載了64位Windows10操作系統(tǒng)，并安裝了必要的軟件開發(fā)環(huán)境。通信轉(zhuǎn)接板采用的是基于STM32F407ZGT6微處理器的開發(fā)板，搭載了基于LAN8720A芯片的以太網(wǎng)物理層。伺服系統(tǒng)選擇的是臺達(dá)公司的ASDA-A2系列伺服驅(qū)動器和ECMA-C10604RS型號的伺服電機，內(nèi)含CANopen主站協(xié)議，CAN總線通訊速率可達(dá)1Mb/s，且配有RJ45接口，方便網(wǎng)線連接。設(shè)備采用的是小型的三軸雕刻機，電機和執(zhí)行器之間通過絲桿實現(xiàn)傳動。實驗平臺主要參數(shù)配置及指標(biāo)如表2-1所示。表2-1實驗平臺參數(shù)配置及指標(biāo)Table2-1.Technicalindicatorsoftheexperimentalsetup參數(shù)配置及指標(biāo)CPU酷睿i3-6100RAM4GB操作系統(tǒng)Windows1064位嵌入式微處理器STM32F407ZGT6以太網(wǎng)通信速率100Mb/sCAN通信速率1Mb/s伺服器型號臺達(dá)ASDA-A2電機型號臺達(dá)ECMA-C10604RS傳動方式滾珠絲桿電子齒輪比1/128（10000個脈沖/圈）傳感器位置精度5-410mm根據(jù)控制任務(wù)設(shè)計客戶端上位機軟件如圖2-3所示[137]。

浙江工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文20圖2-3網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的輪廓跟蹤控制系統(tǒng)客戶端上位機軟件Figure2-3.PCclientsoftwarefortheNMCS在圖2-3中，左側(cè)為功能按鈕選擇和設(shè)置區(qū)，包括控制系統(tǒng)操作功能以及網(wǎng)絡(luò)連接功能；中間為參數(shù)顯示區(qū)域，包括速度、力矩、時延的圖形動態(tài)顯示以及伺服軸參數(shù)的靜態(tài)顯示；右側(cè)為輪廓軌跡任務(wù)的實時顯示區(qū)域，包括期望軌跡和實際跟蹤軌跡。另一方面，通信轉(zhuǎn)接板作為PC控制中心和伺服系統(tǒng)的通信橋梁，需要實現(xiàn)對UDP/IP協(xié)議和CANopen協(xié)議的解析，因此在轉(zhuǎn)接板上設(shè)計了UC/OSII嵌入式系統(tǒng)，開發(fā)了相應(yīng)的UDP/IP協(xié)議和CANopen協(xié)議通信功能，通過中斷函數(shù)實現(xiàn)對各協(xié)議數(shù)據(jù)的收發(fā)，并對數(shù)據(jù)收發(fā)的每個時間節(jié)點進(jìn)行時間戳記錄。嵌入式通信轉(zhuǎn)接板整體框架如圖2-4所示。STM32F407電源存儲模塊UC/OSII系統(tǒng)系統(tǒng)初始化配置CANOpen協(xié)議UDP/IP協(xié)議CAN接口伺服電機網(wǎng)絡(luò)接口PC機I\O接口原點信號圖2-4嵌入式通信轉(zhuǎn)接板整體框架Figure2-4.Thestructureoftheembeddedcommunicationinterfaceboard

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于PMAC與LabVIEW的多軸聯(lián)動電解加工機床控制系統(tǒng)開發(fā)[J]. 孫倫業(yè),王暉,張星光,王龍,周慶宏.  制造技術(shù)與機床. 2018(07)
[2]探討以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 閆洪猛.  電子世界. 2018(06)
[3]基于綜合學(xué)習(xí)策略粒子群優(yōu)化算法的永磁同步電機模型辨識[J]. 吳麒,王瑤為,張文安,俞立.  機械設(shè)計與制造工程. 2017(11)
[4]自抗擾控制:研究成果總結(jié)與展望[J]. 李杰,齊曉慧,萬慧,夏元清.  控制理論與應(yīng)用. 2017(03)
[5]運動控制器的應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J]. 陳啟雷,張禮兵,陳俊澍,胡樂意.  科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2017(05)
[6]基于廣義擴張狀態(tài)觀測器的干擾不匹配離散系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制[J]. 張文安,馬劍,刑科新.  控制與決策. 2016(06)
[7]基于自抗擾技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化無刷直流電機控制系統(tǒng)時延補償[J]. 張文安,劉凱,俞立,董輝.  控制與決策. 2015(11)
[8]反饋輔助PD型迭代學(xué)習(xí)控制:初值問題及修正策略[J]. 孫明軒,畢宏博,周國良,王惠峰.  自動化學(xué)報. 2015(01)
[9]伺服電機選型的原則和注意事項[J]. 王軍鋒,唐宏.  裝備制造技術(shù). 2009(11)
[10]Modbus與CANopen協(xié)議在伺服控制中的應(yīng)用[J]. 宋杰,姜淑忠.  電工技術(shù). 2009(03)

博士論文
[1]多軸聯(lián)動NURBS軌跡插補算法及其輪廓誤差抑制技術(shù)[D]. 宋得寧.大連理工大學(xué) 2018
[2]帶滑塊導(dǎo)向塑料成型液壓機電液控制系統(tǒng)研究[D]. 孫春耕.浙江大學(xué) 2018
[3]運動控制系統(tǒng)的抗干擾控制理論與應(yīng)用研究[D]. 王會明.東南大學(xué) 2016
[4]網(wǎng)絡(luò)化運動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 姬帥.山東大學(xué) 2014
[5]實時以太網(wǎng)下多軸運動控制的同步問題研究[D]. 許雄.上海交通大學(xué) 2013
[6]基于迭代學(xué)習(xí)控制的直線伺服系統(tǒng)擾動抑制研究[D]. 馬航.沈陽工業(yè)大學(xué) 2012
[7]基于全局任務(wù)坐標(biāo)系的精密輪廓運動控制研究[D]. 胡楚雄.浙江大學(xué) 2010
[8]網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的時延與丟包問題研究[D]. 張文安.浙江工業(yè)大學(xué) 2010
[9]基于以太網(wǎng)的數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線技術(shù)研究[D]. 張向利.華中科技大學(xué) 2008
[10]輪廓跟蹤運動控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D]. 李宏勝.東南大學(xué) 2005



本文編號：2912850