伺服电机自适应精确定位控制问题的研究

论文编号:ZD535 论文字数:31203,页数:73，有开题报告，任务书，文献综述

摘  要：传统的伺服调速系统大都采用PID控制技术，它虽然具有结构简单、可靠稳定等特点，但它常不能有效克服负载、模型参数的大范围变化及其非线性因素的影响，因此在高性能高精度的场合不能满足要求。
 另外，现代控制理论发展到今天，理论和实践的差距仍然很大，原因之一就是对被控对象数学模型的依赖性太强和理论推导的假设条件太严格，不适应实际应用。因此，控制理论的发展把重心转向控制器的智能化以减少对数学模型的依赖。而在智能控制领域中，模糊控制脱颖而出。
 针对上述情况，本课题将模糊控制器直接用于直流伺服电机精确定位控制。具体说，本文介绍了基于自适应模糊控制器的直流伺服系统的研究，描述了模糊控制的基本原理及设计规则。为了提高对伺服系统的控制品质和增加智能度，本文又引进了自适应环节，并经过大量的实验研究后对量化因子Ke, Kc和比例因子Ku的调整给出了一定规则。本课题的研究主要分为两个方面:一是通过仿真来研究常规PID控制器、模糊控制器和自适应模糊控制器应用于伺服系统的控制品质及鲁棒性问题，二是研究了这三种控制器应用于实际伺服系统的效果。
 经过大量实验结果表明自适应模糊控制直流伺服系统的各项性能指标优于模糊控制直流伺服系统和常规PID控制伺服系统，并具有很强的鲁棒性。
关键词：直流伺服电机、模糊控制、自适应、精确定位。

目录

摘要…………………………………………………………………………………… I
ABSTRACT………………………………………………………………………… II
第一章 绪论 …………………………………………………………………………1
 1.1引言……………………………………………………………………………… 1
 1.2伺服系统发展及现状…………………………………………………………… 1
 1.3伺服系统应用进展……………………………………………………………… 2
 1.4关键技术及其展望……………………………………………………………… 3
第二章 直流伺服系统设计…………………………………………………… 4
 2.1直流伺服系统工作原理………………………………………………………… 4
 2.2总体控制方案设计……………………………………………………………… 5
 2.2.1直流伺服电机……………………………………………………………… 6
 2.2.2信号检测…………………………………………………………………… 6
 2.3输入输出通道及其接口设计…………………………………………………… 7
 2.3.1电流反馈通道……………………………………………………………… 7
 2.3.2转速反馈通道……………………………………………………………… 8
 2.3.3位置反馈通道……………………………………………………………… 8
 2.3.4控制输出通道……………………………………………………………… 9
 2.3.5伺服系统给定输入通道…………………………………………………… 9
 2.4单片机选择……………………………………………………………………… 10
 2.5硬件与软件的功能分配………………………………………………………… 10
 2.6 系统的软件结构以及分时控制的时序安排………………………………… 10
 2.7系统内环控制器设计…………………………………………………………… 11
 2.7.1电流控制器的设计………………………………………………………… 11
 2.7.2速度控制器的设计………………………………………………………… 13
 2.8位置控制器的设计……………………………………………………………… 14
 2.9 采样周期选择 ……………………………………………………………… 15
第三章 模糊技术的基本知识………………………………………………… 16
 3.1模糊性的介绍…………………………………………………………………… 16
 3.2模糊集合及其运算……………………………………………………………… 17

 3.2.1模糊集合…………………………………………………………………… 17
 3.2.2模糊集合的运算…………………………………………………………… 17
第四章 模糊控制器的设计…………………………………………………… 19
 4.1模糊控制系统的组成…………………………………………………………… 19
 4.2模糊控制器设计的内容………………………………………………………… 20
 4.3模糊控制器结构的确定………………………………………………………… 20
 4.4数据库设计……………………………………………………………………… 21
 4.4.1论域的离散化……………………………………………………………… 21
 4.4.2 I/0空间的模糊划分……………………………………………………… 21
 4.4.3基于模糊子集(辞集)的隶属函数定义…………………………………… 21
 4.5模糊化策略……………………………………………………………………… 23
 4.5.1量程转换和量化…………………………………………………………… 23
 4.5.2模糊化方法………………………………………………………………… 23
 4.6规则库设计……………………………………………………………………… 24
 4.7模糊推理机制…………………………………………………………………… 25
 4.8解模糊策略……………………………………………………………………… 25
 4.8.1最大隶属度法……………………………………………………………… 25
 4.8.2加权平均法………………………………………………………………… 26
 4.8.3取中位数法………………………………………………………………… 26
 4.8.4量程转换…………………………………………………………………… 27
 4.9模糊控制的实现………………………………………………………………… 27
第五章 自适应模糊控制器的设计……………………………………………30
 5.1自适应模糊控制器的结构……………………………………………………… 30
 5.2性能测量………………………………………………………………………… 31
 5.3控制量校正……………………………………………………………………… 31
 5.4控制规则的修正………………………………………………………………… 34
 5.5量化因子、比例因子的讨论…………………………………………………… 34
第六章 软件设计………………………………………………………………… 36
 6.1系统初始化程序模块…………………………………………………………… 36
 6.2主程序模块…………………………………………………………………………37
 6.3位置采样及位置控制器程序模块…………………………………………………38
 6.4 电流调节和速度调节器 …………………………………………………………39
结束语 …………………………………………………………………………………40
参考文献  ………………………………………………………………………………41
致谢………………………………………………………………………………………42
附录A 程序清单
附录B 系统原理图