基于虚轴法的多轴同步运动控制系统设计

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随着科技的发展,许多原来由复杂的机械结构实现的运动控制,现在越来越多地采用电机直接驱动代替。多电机的同步控制越来越多地应用于各种领域,特别是有着多个分散工作机构的大型设备,只有保证多个电机之间按某种比例关系同步协调运转,才能确保生产的正常进行。而系统同步性能的好坏,直接影响到产品的品质和性能。因此,研究多轴的同步控制,提高其同步精度,对实际生产具有重要的意义。本文从实际需求出发,由于大幅面丝网检测装置中运动梁的跨度非常大,需用多电机的同步控制来实现大跨度运动梁两侧的同步驱动,因此对其中所涉及到的同步运动控制基本方式进行了系统的研究。针对常用的多电机同步控制策略的一些缺陷,本文运用了一种新的同步控制算法—虚轴法,并建立了与之相对应的多电机同步运动控制数学模型,在MATLAB仿真中取得了很好的同步效果。此外,要实现电机的伺服控制,设计一套适用的运动控制器是关键。本文选用专用运动控制芯片LM628作为运动控制器的核心模块,单片机作为主控制器,构成单轴的底层伺服控制器,并完成了与电机伺服控制相关的各个辅助功能模块硬件电路设计。同时在整个控制系统中引入CAN总线技术,还设计了一种CAN总线接口卡来实现CAN协议的物理层和数据链路层功能,保证整个控制网络的主节点—PC机和从节点—单轴伺服运动控制模块之间的通信。最后,对文中所涉及的同步运动控制系统各个软件模块进行了规划,并编写了虚轴法同步控制算法程序和运动控制器的底层驱动程序,以及其它相应的子程序模块。通过具体的试验表明,新设计的同步运动控制系统具有良好同步控制性能,克服了以往多轴同步运动控制器的一些不足,在实际生产中具有重要的借鉴意义。
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