高精度单轴转台位置控制系统研究与设计

作     者：张智富 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周启武;窦世涛

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：单轴转台 双核 位置控制系统 模糊PID控制 

摘      要：转台作为一种设备,其基于多功能、高精度、智能化的特点,可向外延伸拓展而成的高精尖技术仪器,在机床加工、角度测量、光学测量、惯导测试等众多装备中发挥着重要作用。正是基于其在不同领域、不同用途的技术指标要求,被各科研院所、高校机构进行研制,并广泛应用于测试计量、机械制造、航空航天等领域。因此转台技术的先进与否,也在某些程度上是国家综合实力的体现。而先进的、智能的控制方法和控制策略和高集成度的软硬件是完成对转台精确位置控制的重要保证。因此针对现如今转台控制系统软硬件的冗余性,灵活度差等问题,通过进一步改进控制策略以提高转台位置控制系统的控制性能。本文分析了国内外精密转台技术的研究现状,发现亟需研究并设计出高精度高性能的位置控制系统,以满足各种设备对转台位置控制精度的需求。本文以单轴转台为研究对象,介绍了单轴转台系统的结构及组成,设计以永磁同步电机为转台驱动电机,根据其电机模型,对矢量控制策略进行设计,通过MATLAB/Simulink对控制系统各个模块进行建模。当转台的硬件确定的情况下,高性能的微处理器和优良的控制理论发挥着关键作用。可以进一步的提高转台位置控制精度与性能。本文首先详细介绍了PID控制的基本思想和基本原理,并设计了PID控制器和控制算法,但对于传统PID控制算法来说,应用在转台位置控制系统上有其局限性,所以介绍了模糊控制的基本思想和控制原理,通过MATLAB对其分别进行建模分析,验证了所设计算法的可行性及有效性,结果表明,模糊PID算法的控制性能比经典PID控制算法好,更适合对单轴转台位置的控制。通过设计基于ARM和FPGA控制系统的硬件与软件部分设计,实现对单轴转台的控制,最后根据自准直仪标定原理搭建位置精度测量系统实验平台,通过实验表明该控制系统运行稳定,定位精度峰峰值达到3,满足单轴转台位置控制要求指标。