多轴控制系统研究：伺服算法与仿真分析

"这篇硕士学位论文来自东北大学，作者孙一兰，导师柳洪义，专业为机械电子工程，研究主题是多轴控制系统的探讨。论文详细分析了伺服系统的建模、仿真与控制算法，包括传递函数、系统方框图、前馈控制结构以及电机时域仿真模型。此外，论文还涉及了轨迹规划、插补方法、PID控制算法的改进以及多机通信技术，并采用了开放式模块化编程思想进行软件设计。" 在论文中，作者首先介绍了多轴控制系统的重要性，它作为工业现代化的关键技术，融合了机械工程、电子学、计算机科学等多个领域的知识。随着计算机和控制技术的快速发展，多轴控制系统的需求倾向于高性能、高精度、高速度和高柔韧性。论文的核心内容集中在第五章，具体如下： 1. **系统仿真与分析**：作者给出了伺服系统中位移反馈环节的传递函数（式5.20和5.21），并构建了位置环控制结构图（图5.6），展示了如何实现小车位移与指令信号的比较。 2. **前馈+PID伺服控制结构**：为了提升控制性能，论文提出了前馈控制与PID控制的结合，给出了相应的系统方框图（图5.7），这种结构可以提高系统的响应速度和稳定性。 3. **电机时域仿真模型**：在频域模型的基础上，论文构建了电机的时域仿真模型，这是进行实际仿真的基础。这一部分可能包含了电机动态特性的建模和PID控制器的时域设计。 4. **轨迹规划与插补方法**：论文研究了S曲线速度规划和三次样条曲线插补方法，这些方法对于实现平滑、精确的运动轨迹至关重要。 5. **伺服控制算法**：针对PID控制，论文探讨了多种改进策略，以提高控制精度和响应速度，这些改进算法可能包括参数自调整、比例积分微分加前馈等。 6. **多机通讯**：论文还涉及了多机通讯技术，这对于多轴协调控制是非常重要的，确保了不同轴之间信息的有效传输和同步。 7. **开放式模块化设计**：采用开放式模块化编程思想，作者利用VC++和Keil C软件进行了程序编写，提高了系统的可扩展性和灵活性。 8. **人机交互界面**：最后，论文还设计了用户友好的人机界面，简化了操作，提升了用户体验。 通过上述内容，这篇论文不仅提供了理论分析，还包含实际的系统设计和软件实现，对多轴控制系统的理解和应用具有很高的参考价值。