面向开放式数控系统的位置控制技术的研究

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1、摘要高速高精度位置控制是现代制造工业的重要研究之一，对提高生产效率和产品质量具有十分重要的作用。要实现高性能控制，高性能的控制器设计是关键技术之一。新一代微控制器的进步，使嵌入式处理器更加适合数控领域的开发。鉴于DSP高速运算能力与高效控制能力，使其对电机进行位置控制成为当今控制领域研究的热点之一。传统PID控制由于结构本身以及算法设计依赖对象的局限性，对复杂的动态过程控制不够理想。传统PID控制和智能控制的结合研究成为了解决这一问题的有效途径。本课题的研究是TDNC．SX开放式数控系统开发中的一部分，文中首先基于TDNC

2、．SX数控系统的设计理念：嵌入式、模块化、可移植、开放式、网络化，简要介绍了基于ARM和DSP的嵌入式数控系统的总体结构。其次，对传统PID控制、模糊PID控制、前馈控制等控制算法作了深入的分析和研究。基于理论分析，研究设计了前馈控制+模糊PID控制的组合控制器，并借助MATLAB／SIMULINI(进行了仿真和分析，得到了较理想的控制效果。再次，研究设计了位置控制卡的软件结构，并详细给出了驱动程序和控制算法程序的编写流程。为保证信号的正确输入，还给出了输入信号的滤波算法。最后，作为软件和控制算法的载体，设计了一款基于DS

3、P的位置控制卡。文中详细给出了位置控制卡的硬件结构设计，以及各部分硬件电路设计。同时，还对在硬件电路设计中的电磁兼容性问题进行了考虑。论文结尾对本文研究内容进行了总结和展望。关键词：嵌入式PID控制模糊PID位置控制DSPABSTRACTHigh—speedhighaccuracypositioncontrolisrecognizedasoneofthemostimportantareasinmodernmanufacturingindustry,whichisplayinganimportantroleinincreas

4、ingtheproductivityandqualityofmanufacturing．Toachievehighperformancecontrol，high-performancecontrollerdesignisoneofthekeytechnologies．Anewgenerationofmicro—controllerhasgreatprogressineveryperformance，SOthatembeddedprocessorismoresuitabletodevelopmentofNC．Withhigh

5、—speedcomputingpowerandefficientcontrol，DSPtocarryoutpositioncontrolofmotorcontr01researchinthefieldhasbecomeoneofthehot．TraditionalPIDcontrolofcomplexdynamicprocesscontrolisnotidealbecauseofthelimitationsofthestructureitselfandthedesignofobject-dependent．Thestudy

6、ofthecombinationofTraditionalPIDcontrolandintelligentcontrolhasbecomeaneriectivewaytoresovethisissue．Firstly,thesubjectisstudiedaspartofthedevelopmentofTDNC·-SXopen‘·CNCsystem．ThepaperhasdevelopedthefollowingdesignconceptofTDNC-SXCNCsystem：embedded，modular,portabl

7、e，open，network-based．AndtheoverallstructureofARM．basedandDSP．basedembeddedCNCsystemarebrieflyintroduced．Secondly,theanalysisandresearchoftraditionalPIDcontrol，fuzzyPIDcontrol，feed．forwardcontrolhavebeendevelopeddeeply．Basedontheoreticalanalysis，thecombinationcontr

8、olleroffeed．forwardcontrolandfuzzyPIDcontrolaredesigned．AndthepaperusesMATLAB／SIMULINKforsimulationandhasidealcontr01．Thirdly，thepaperdesignsthesoftware