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运动控制系统中控制算法的研究

作　者: 李亚楠
导　师: 李泽湘；李建刚
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 运动控制系统辨识自整定控制 PID控制器 ZPETC
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

运动控制系统广泛应用于工业中的各个领域,如半导体封装,数控机床,工业机器人等。为了满足对运动控制系统高速高精度的要求,路径优化,插补算法,控制算法以及机械装配等方面的研究都至关重要。其中,针对控制算法的研究尤其关键。本文首先针对一类运动控制系统进行了机理建模和辨识,为控制器的设计提供了必要的信息。针对辨识中存在的输入激励不够的问题,本文采取一种有效的开关机制予以解决。PID控制器广泛应用于工业领域,但人工整定参数不仅效率低下,而且在控制对象发生变化的情况下不能得到良好的控制性能。本文基于极点配置和零极点相消的原理,提出一种自整定的PID控制器,改善系统性能的同时提高了工作效率。另外,为了能够进一步改善系统的跟踪性能,本文在前馈控制器设计的部分采用了自整定ZPETC。最后,论文中提到的各种算法都在实际的三轴雕铣床上进行了验证和应用。实验结果表明,这些算法在改善系统动态性能和跟踪性能的同时,大大提高了工作效率,而且由于算法的灵活性,可以很好地应用和推广到实际的工业控制领域中。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
ACKNOWLEDGEMENTS  6-10
LIST OF TABLES  10-11
LIST OF FIGURES  11-13
1. INTRODUCTION  13-19
  1.1 Background of motion control  13-14
  1.2 Features of motion control systems  14-15
  1.3 Control in industry  15-16
  1.4 Motivation and objective  16-18
  1.5 Dissertation organization  18-19
2. MODELING AND IDENTIFICATION  19-36
  2.1 Modeling  19-22
    2.1.1 Remarks of parameters  20
    2.1.2 Model of the controlled plant  20-22
  2.2 Identification  22-27
    2.2.1 Identification methods  22-24
    2.2.2 Identification inputs  24-26
    2.2.3 Low-excitation problem in the identification  26-27
  2.3 Experiments  27-35
    2.3.1 Description of the experiment table  27-28
    2.3.2 The model order and dead time  28-30
    2.3.3 Estimated parameters  30-32
    2.3.4 Trace limit  32-34
    2.3.5 Further validation  34-35
  2.4 Summary  35-36
3. SELF-TUNING PID CONTROLLER  36-46
  3.1 Literature of the PID tuning  36-37
  3.2 Tuning of PID parameters  37-41
    3.2.1 PID controller structure  37-38
    3.2.2 Tuning of PID parameters  38-40
    3.2.3 Choice of ξ and ω_n  40-41
  3.3 Experiments  41-45
    3.3.1 Step response  41-42
    3.3.2 Tracking performance  42-45
  3.4 Summary  45-46
4. SELF-TUNING ZPETC  46-59
  4.1 Motivation of the feedforward controller design  46-49
  4.2 Tuning of feedforward parameters  49-53
    4.2.1 Feedforward controller fundamental  49-50
    4.2.2 Velocity and acceleration feedforward controller  50-51
    4.2.3 Zero Phase Error Tracking Controller (ZPETC)  51-52
    4.2.4 Tuning ZPETC parameters  52-53
  4.3 Experiments  53-58
    4.3.1 Bandwidth of the whole system  54-55
    4.3.2 Tracking performance  55-56
    4.3.3 Integration of the self-tuning PID controller and ZPETC  56-58
  4.4 Summary  58-59
5. CONCLUSION  59-61
  5.1 About the identification  59
  5.2 About the controller design  59-60
  5.3 Future work  60-61
REFERENCES  61-66

运动控制系统中控制算法的研究

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