多轴控制系统研究:伺服优化与轨迹规划

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"东北大学硕士学位论文,主题涉及多轴控制系统的研究,作者孙一兰,专业机械电子工程,指导教师柳洪义。论文探讨了数控技术和机器人技术,强调了多轴控制系统的高性能、高精度需求,并介绍了基于C8051FO2X的上下位机硬件基础的控制系统设计,以及采用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。" 这篇论文详细阐述了多轴控制系统的关键组成部分和设计原理。在第五章中,作者首先提到了三象限的系统仿真与分析,这通常指的是电机控制中的正反转和制动状态。在这一部分,作者通过一个实例展示了如何将位置值转换为脉冲数,以便与光电编码盘的反馈进行比较。计算公式显示了脉冲数与实际位移之间的关系,从而建立了位置-脉冲转换环节的传递函数。 接着,论文聚焦于控制器环节,特别提到了PID(比例-积分-微分)控制器。PID控制器是自动控制理论中最基本且广泛使用的控制算法,用于调节系统误差。论文给出了PID控制器的传递函数,表明了它如何通过比例、积分和微分项来调整输出,以达到期望的控制效果。 此外,论文还涉及到多轴控制系统的速度规划和插补方法。S曲线速度规划是确保平滑加速和减速的重要手段,可以减少加速度变化带来的冲击,提高系统的动态性能。三次样条曲线插补则是一种高级的插补算法,能生成更平滑的路径,尤其适用于精密定位和复杂轨迹的控制。 在伺服控制部分,论文提到了对PID算法的改进,这通常是为了提高伺服系统的响应速度和跟踪精度。PID参数的优化对于降低系统误差和抑制振荡至关重要。最后,论文讨论了多机通讯,这是实现多轴协调运动的关键,确保各个轴的动作能够同步进行。 整个控制系统基于上位机(工业控制机)和下位机(C8051FO2X单片机)构建,分为管理规划级、协调级和执行级。管理规划级负责总体监控和规划,协调级进行数据传输和多轴运动协调,执行级则负责伺服运动的实际执行和信号检测。这样的层次结构设计提高了系统的灵活性和可扩展性。 论文还包含了人机交互界面的设计,使得操作更加直观和便捷。总体来说,这个多轴控制系统具有高性价比和良好的扩展性,能够满足控制系统的需求。关键词包括:控制系统、轨迹规划和插补、伺服控制、PID算法、多机通讯、C8051单片机。