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弧形轨道目标模拟器控制系统研究

作　者: 吴会刚
导　师: 曹健
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 目标模拟器 双电机控制 链传动 交流同步电机 Clipper多轴运动控制卡
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


半实物仿真由于具有仿真精度较高、费用较少等优点，在军事和民用领域得到了广泛应用。弧形轨道目标模拟器是微波暗室雷达仿真系统中的一个重要组成部分。为了模拟目标模拟器在垂直方向上的圆周运动，本文中提出了链传动双电机控制的解决方案：两个伺服电机通过传动链条牵引运动小车沿着铺设的垂直圆弧轨道运动。结构上的限制导致无法直接检测运动小车沿轨道的位移，因而无法对小车的运动进行直接控制，系统成为半闭环控制系统。伺服电机和小车的运动关系比较复杂，因此首先建立了小车的运动物理模型，重点分析了二者的运动关系，完成了位置正解和反解公式推导，为硬件和软件部分的设计奠定了理论基础。在运动分析的基础上，首先完成了伺服电机和减速器选型、链传动设计以及双电机系统控制策略选择等工作；由IPC和Clipper组成上下位机结构来实现小车的运动控制。硬件电路除实现控制功能外，还重点进行了电磁兼容性设计，以保证系统的高可靠性；系统的软件设计包括Clipper程序，本地上位机软件及远程控制端软件三个部分，主要用于实现控制算法，建立三者之间的通信以及提供良好的交互环境。小车在双电机带动下沿着垂直轨道运动，控制策略不当不仅会引起系统性能变差，还可能导致安全风险。因此详细建立了链传动双电机控制系统的仿真模型，对控制方案的可行性，控制策略的有效性进行了检验，以指导实际系统的设计。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9
  1.2 多驱动系统控制策略  9-12
  1.3 多电机驱动系统典型应用  12-13
  1.4 课题主要研究内容  13-14
第2章 系统的运动学分析  14-35
  2.1 引言  14
  2.2 系统技术指标  14-15
  2.3 运动模拟系统控制方案  15-17
    2.3.1 链传动双电机控制  15-16
    2.3.2 控制系统组成  16-17
  2.4 轨道部件的结构  17-20
    2.4.1 竖架  17-18
    2.4.2 运动小车  18-19
    2.4.3 配重机构  19
    2.4.4 张紧机构  19-20
  2.5 驱动电机与小车的运动分析  20-34
    2.5.1 小车运动模型建立  20-22
    2.5.2 位置反解  22-25
    2.5.3 位置正解  25-26
    2.5.4 运动关系式修正  26-27
    2.5.5 速度关系  27-29
    2.5.6 受力分析  29-32
    2.5.7 等效转动惯量  32-34
  2.6 本章小结  34-35
第3章 控制系统设计  35-48
  3.1 引言  35
  3.2 驱动和传动部件设计  35-38
    3.2.1 伺服电机和减速器选型  35-37
    3.2.2 链传动设计  37-38
  3.3 双电机控制策略  38-40
  3.4 硬件电路设计  40-45
    3.4.1 控制器和接近开关  41-42
    3.4.2 电源电路  42
    3.4.3 反馈电路和控制电路  42-43
    3.4.4 EMC设计  43-45
  3.5 软件设计  45-47
    3.5.1 Clipper运动控制程序  45-46
    3.5.2 上位机软件  46
    3.5.3 远程控制端软件  46-47
  3.6 本章小结  47-48
第4章 控制系统建模和仿真  48-65
  4.1 引言  48
  4.2 系统模型的建立  48-61
    4.2.1 PMSM建模  48-52
    4.2.2 伺服电机模型  52-53
    4.2.3 传动系统建模  53-58
    4.2.4 位置反馈元件模型  58
    4.2.5 链传动双电机控制系统模型  58-61
  4.3 基于系统模型仿真  61-64
    4.3.1 定位精度仿真  61-62
    4.3.2 速度跟踪精度  62-63
    4.3.3 双电机协调运动  63-64
  4.4 本章小结  64-65
第5章 实验研究  65-72
  5.1 引言  65
  5.2 实验系统组成  65-67
  5.3 实验步骤  67
  5.4 实验结果及分析  67-71
    5.4.1 运动关系式验证  67-68
    5.4.2 定位精度  68-69
    5.4.3 速度跟随精度  69-70
    5.4.4 速度协调性  70-71
  5.5 本章小结  71-72
结论  72-73
参考文献  73-78
致谢  78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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