【摘 要】
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随着“中国制造2025战略”的推进,制造业都在往自动化、智能化方向发展。为了适应制造业的智能化发展,在传统的手动拖拽式关节臂测量机的关节内部加入电机等器件,开展了对自驱动关节臂测量机多电机同步控制系统的研究。由于自驱动关节臂测量机在工作测量时具有不同的运动路径,为了使测量机可以按照上位机路径规划的结果进行运动,本文对自驱动关节臂测量机的多电机同步控制系统进行了硬件设计和软件设计,并结合上位机控制软
【基金项目】
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国家自然科学基金项目,项目名称为“自驱动关节臂坐标测量机精度保障技术研究”（编号:51775163）
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随着“中国制造2025战略”的推进,制造业都在往自动化、智能化方向发展。为了适应制造业的智能化发展,在传统的手动拖拽式关节臂测量机的关节内部加入电机等器件,开展了对自驱动关节臂测量机多电机同步控制系统的研究。由于自驱动关节臂测量机在工作测量时具有不同的运动路径,为了使测量机可以按照上位机路径规划的结果进行运动,本文对自驱动关节臂测量机的多电机同步控制系统进行了硬件设计和软件设计,并结合上位机控制软件,最终实现了自驱动关节臂测量机的多电机同步控制。首先对自驱动关节臂测量机的结构和测量原理进行了介绍,并提出了技术指标。采用改进D-H法建立自驱动关节臂测量机的运动学模型,并采用T型加减速的速度规划方法对六个电机进行路径规划。自驱动关节臂测量机采用关节模组的结构,关节模组内部的电机选用永磁无刷直流电机,六个关节采用CAN总线通信技术实现同步控制。根据永磁无刷直流电机的矢量控制数学模型,进一步详细介绍了空间矢量脉冲宽度调制（SVPWM）技术。其次对自驱动关节臂测量机的多电机同步控制系统的硬件电路平台进行了详细介绍。系统采用DSP（Digital Signal Processing,简称DSP）的TMS320F28335为控制芯片,硬件电路主要包括控制板硬件电路、电机驱动板电路、末端测头触发信号电路和系统电源电路等。然后对自驱动关节臂测量机的多电机同步控制系统进行软件设计,采用了基于模型设计（Model Based Design,简称MBD）的思想,在MATLAB/Simulink中搭建系统的软件控制模型。对电机的三闭环控制进行了介绍并设计了相对应的PI调节器模块,结合SVPWM模块搭建了电机的软件控制模型。系统主要由上位机指令接收、运动控制系统、数据传输、中断等模块组成。采用自动生成代码的功能生成DSP芯片所需要的工程文件,并下载烧录到DSP中。最后结合多电机同步控制系统的硬件平台和基于模型设计思想生成的软件,在自驱动关节臂测量机的实验平台上进行实验验证。单电机的控制实验实现了三闭环控制和位置跟踪控制,且都具有良好的控制效果。在多电机同步控制系统中进行了多电机点到点位置同步控制实验和多电机轨迹跟踪实验,实验结果表明,六个电机的同步控制时间误差在10ms以内,并且轨迹跟踪效果较好。因此,本文设计的自驱动关节臂测量机多电机同步控制系统具有良好的同步性和稳定性。图[70]表[11]参[81]
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