网络环境下伺服系统的研究与设计

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伺服系统是一种典型的自动控制系统,广泛的应用于工业自动化生产中,如数控机床、工业机器人和医疗器械等。目前,较先进的伺服系统具有交流化、全数字化、采用新型电力电子半导体器件、高度集成化、智能化、模块化和网络化等特点。本文所设计开发的网络型伺服系统就拥有这些特点。 根据被控机械对象的特点,选择美国罗克韦尔自动化公司的网络及硬件设备,搭建伺服系统的硬件平台。其中,选择Ethernet/IP网络作为计算机编程和监控的网络;选择ControlNet网络作为操作员控制网络;选择SERCOS网络作为伺服系统的运动控制网络;伺服驱动系统选用Ultra3000系列伺服驱动器和Y系列伺服电动机;控制平台选用目前较先进的ControlLogix系统平台。 在伺服系统的硬件平台上,使用专用软件设计网络环境下伺服系统的软件开发平台。其中,使用Motion Analyzer对伺服系统进行可靠的仿真分析;使用网络组态软件对伺服系统中使用的Ethernet/IP网络、ControlNet网络和SERCOS网络进行网络组态;使用RSLogix5000开发运动控制程序;使用PanelBuilder32设计开发操作员终端操作界面;使用RSView32设计开发伺服系统的监控界面。 最后在网络环境下伺服系统的硬、软件平台上进行网络型伺服系统控制策略的研究。主要研究伺服系统的转矩/电流控制、速度控制、位置控制、多轴同步控制和多轴插补控制。结合被控对象的数学模型,合理配置并优化传统控制器参数后调试运行,取得较好的控制效果。 在速度控制和位置控制的研究中,在原有控制策略基础上设计出速度自适应PI控制器和位置自适应PI控制器,增强了伺服系统的动态性能,提高了机械系统的定位精度。在多轴位置同步控制的研究中,采用串联式结构和并联式结构完成多轴位置同步控制,并得出采用串联式结构控制效果更好的结论。在多轴插补控制的研究中,使用直线插补方法和圆弧插补方法,并编程实现数控系统的插补轨迹控制。 本文开发设计的网络环境下伺服系统的硬、软件平台可以为运动控制领域的行业应用所参考。本文改进的控制策略也可以直接应用于相关生产实践中,具有一定的实际应用价值。
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