串级控制与单回路位置伺服系统分析

该资源是一篇关于多轴控制系统研究的东北大学硕士学位论文，作者孙一兰，导师柳洪义，专业为机械电子工程，日期为2005年。论文探讨了数控技术和机器人技术中的多轴控制系统的高性能、高精度、高速度、高柔性和开放式模块化设计，涉及多学科领域，包括机械工程、电子学、计算机科学等。论文通过参考知名公司的轴控制系统，设计了一个基于上位机（工业控制机）和下位机（C8051 FO2X）的控制系统，系统分为管理规划级、协调级和执行级。研究内容包括S曲线速度规划、三次样条曲线插补、PID伺服控制的改进算法以及多机通讯方法。 **详细知识点:** 1. **位置伺服系统** - **单回路位置伺服系统**：由位置给定、位置反馈、位置比较、位置调节器、PWM功放、伺服电机、减速器和传动链等组成。当指令位置与输出位置有偏差时，电机运转直至偏差消除，达到位置跟踪。 - **优点**：结构简单，响应快。 - **缺点**：抗干扰能力差，控制精度受限于所有环节。 2. **串级控制位置伺服系统** - **串级控制**通常包含内外两个闭环，内部副回路用于粗调，外部主回路用于细调，确保被调量满足要求。 - **位置一速度双环伺服系统**：包含位置环和速度环，主调节器设定值影响副调节器，副调节器输出控制驱动器。 3. **多轴控制系统** - **研究背景**：数控技术和机器人技术的基础，涉及多学科，要求高性能、高精度、高速度、高柔性和多轴协调。 - **系统设计**：基于上位机和下位机，分三级管理规划、协调和执行，实现监控、管理、轨迹规划、坐标变换、数据传输、多轴运动协调和伺服控制等功能。 - **技术研究**：S曲线速度规划、三次样条曲线插补、改进PID伺服算法和多机通讯方法。 - **编程实现**：采用VC++和Keil C软件进行程序编写和仿真模型构建，设计了人机交互界面。 4. **控制系统的结构与功能** - **管理规划级**：监控整个系统，进行轨迹规划和坐标变换。 - **协调级**：连接管理规划级和执行级，协调数据传输和多轴运动。 - **执行级**：现场级，实现伺服运动，检测信号，并反馈给上层。 5. **控制系统的特点** - **易操作**：用户界面友好。 - **性价比高**：高效且经济。 - **可扩展性**：具备系统扩展能力，满足不同需求。 6. **关键词** - **控制系统**：整体设计和功能研究。 - **轨迹规划和插补**：优化运动路径的技术。 - **伺服控制**：位置和速度的精确控制。 - **PID通讯**：PID控制在通信中的应用。 - **C8051**：微控制器在控制系统中的应用。 这篇论文深入探讨了多轴控制系统的理论与实践，为实现高精度、高性能的控制系统提供了重要的理论和技术支持。