论文摘要
随着运动控制系统的发展,运动控制器作为运动控制系统的核心,在现代工业控制中的作用越来越大,其性能直接影响被控对象的工作性能和工作效率。本课题建立在实验室现有平台——六自由度焊接机器人之上,旨在设计一款具有通用特性的多轴运动控制器,以实现焊接机器人焊接过程中实时的轨迹规划及六个关节的协调动作。此外,该运动控制器可应用于一般多轴运动系统的控制。在充分调研控制器国内外发展的前提下,确定PC机+控制器的总体设计方案。控制器以DSP作为主控单元,辅以CPLD最终完成多轴协调运动。控制过程中,依靠DSP强大的数据处理能力进行电机控制,CPLD进行相关的逻辑控制和I/O扩展,并采用PCI总线与PC机进行通讯,以满足数据传输的速度和稳定性等要求。CPLD作为系统主控芯片的扩展,完成了众多逻辑控制和I/O扩展的任务。作为本设计的重点,将其按功能进行分类设计。另外,原理图设计成功后的硬件调试也是本论文所作的工作之一,硬件调试步骤、调试内容及调试过程中的常见问题均在论文中得以体现。伺服电机控制方面,论文在对伺服电机的控制模式做了简单介绍后,确定控制器采用速度控制模式,并对该模式下各个参数的调整、计算给出相关依据。对于电机控制策略,从简单PID入手逐步深入,结合实验结果分析得到驱动器特性曲线,并针对伺服电机控制中存在的死区、零点校正等问题提出解决方案。在电机控制的稳定性方面,结合先进控制算法——模糊控制对电机的PID参数进行在线整定,形成了带死区及速度前馈的模糊PID控制算法。在伺服电机复杂轨迹跟踪过程中,提出五次多项式插补运算,并对其进行改进应用,最终实现控制器运动的精度和速度。软件上,完成对运动控制器控制功能的实现,包括单电机控制算法以及多电机控制程序总成。论文给出整体算法程序设计流程图,并对关键设计思想进行了详细阐述。