全闭环位置伺服控制系统设计与实现-基于C8051F2X的多轴控制

"东北大学硕士学位论文，作者：孙一兰，专业：机械电子工程，指导教师：柳洪义，主题：多轴控制系统的研究" 本文详细探讨了位置伺服控制系统的设计与实现，特别是在多轴控制的背景下。位置伺服系统是自动化设备中的关键组成部分，用于精确控制机械执行机构的位置。文章首先介绍了CAN总线通信，这是一种广泛应用于工业领域的通信协议，由德国Bosch公司开发，特别适合分布式和实时控制系统的通信，最高通信速率可达1MBPS。 接着，论文深入阐述了位置伺服系统的三种基本结构类型： 1. 半闭环位置伺服系统：位置检测器与伺服电机同轴连接，能够测量电机轴的角位移，但无法直接检测被控对象的位置，因此只能间接控制和计算位置，可能因传动链误差导致精度下降，但易于调整。 2. 全闭环位置伺服系统：位置检测器件直接安装在被控对象上，提供精确的位置信息，实现高精度控制。然而，全闭环系统将机械传动链纳入，可能受到机械间隙、非线性因素影响，可能导致机电共振和低速爬行。 3. 混合闭环位置伺服系统：结合半闭环和全闭环的特点，既能控制精度又能补偿传动误差，但控制复杂度较高。 考虑到实验室的设备条件和需求，论文选择了全闭环位置伺服系统进行设计，该系统使用光电编码盘作为位置检测设备。控制系统基于上位机（工业控制机）和下位机（C8051FO2X）的硬件架构，通过软件编程实现控制功能，分为管理规划级、协调级和执行级三级。管理规划级负责监控、规划和坐标变换，协调级处理数据传输和多轴运动协调，执行级则负责伺服运动的现场控制。 此外，论文还研究了S曲线速度规划方法、三次样条曲线插补技术、多种改进的PID伺服算法以及多机通信方法，并采用了开放式模块化编程思想。通过VC++和Keil C软件编写了相关程序和仿真模型，同时开发了用户友好的人机界面，确保了控制系统的易用性、性价比和可扩展性。 关键词：控制系统、轨迹规划和插补、伺服控制、PID、通讯、C8051。