毕业设计-网络环境下伺服系统的研究与设计
- 资源类别：论文
- 资源分类：电子电工
- 适用专业：控制理论与控制工程
- 适用年级：大学
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- 文件格式：pdf
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资料简介
毕业设计 网络环境下伺服系统的研究与设计
摘要：
伺服系统是一种典型的自动控制系统，广泛的应用于工业自动化生产中，如数控机床、工业机器人和医疗器械等。目前，较先进的伺服系统具有交流化、全数字化、采用新型电力电子半导体器件、高度集成化、智能化、模块化和网络化等特点。本文所设计开发的网络型伺服系统就拥有这些特点。
根据被控机械对象的特点，选择美国罗克韦尔自动化公司的网络及硬件设备，搭建伺服系统的硬件平台。其中，选择Ethernet/IP网络作为计算机编程和监控的网络；选择ControlNet网络作为操作员控制网络；选择SERCOS网络作为伺服系统的运动控制网络；伺服驱动系统选用Ultra3000系列伺服驱动器和Y系列伺服电动机；控制平台选用目前较先进的ControlLogix系统平台。
在伺服系统的硬件平台上，使用专用软件设计网络环境下伺服系统的软件开发平台。其中，使用Motion Analyzer对伺服系统进行可靠的仿真分析；使用网络组态软件对伺服系统中使用的Ethernet/IP网络、ControlNet网络和SERCOS网络进行网络组态；使用RSLogix5000开发运动控制程序；使用PanelBuilder32设计开发操作员终端操作界面；使用RSView32设计开发伺服系统的监控界面。
最后在网络环境下伺服系统的硬、软件平台上进行网络型伺服系统控制策略的研究。主要研究伺服系统的转矩/电流控制、速度控制、位置控制、多轴同步控制和多轴插补控制。结合被控对象的数学模型，合理配置并优化传统控制器参数后调试运行，取得较好的控制效果。
在速度控制和位置控制的研究中，在原有控制策略基础上设计出速度自适应PI控制器和位置自适应PI控制器，增强了伺服系统的动态性能，提高了机械系统的定位精度。在多轴位置同步控制的研究中，采用串联式结构和并联式结构完成多轴位置同步控制，并得出采用串联式结构控制效果更好的结论。在多轴插补控制的研究中，使用直线插补方法和圆弧插补方法，并编程实现数控系统的插补轨迹控制。
本文开发设计的网络环境下伺服系统的硬、软件平台可以为运动控制领域的行业应用所参考。本文改进的控制策略也可以直接应用于相关生产实践中，具有一定的实际应用价值。
关键词：网络环境;伺服系统;多轴同步控制;自适应控制器;自动控制
目录
文摘
英文文摘
声明
第一章绪论
1.1伺服系统在工业中的应用及其发展
1.2伺服系统的基本要求和特点
1.2.1对伺服系统的基本要求
1.2.2伺服系统的主要特点
1.3工业控制网络的发展及其在运动控制系统的应用
1.3.1集散控制系统(DCS)
1.3.2现场总线控制系统(FCS)
1.3.3工业以太网
1.4几种常用的运动控制网络性能分析
1.4.1 SSCNET
1.4.2 IEEE 1394
1.4.3 SynqNet
1.4.4 Profinet
1.4.5 SERCOS
1.5本课题的研究内容
第二章基于网络的伺服系统的硬件设计
2.1本系统选用的网络
2.1.1 Ethernet/IP网络
2.1.2 ControlNet网络
2.1.3 SERCOS网络
2.2 ControlLogix系统平台
2.2.1运动控制器Logix5555
2.2.2 Ethernet/IP通讯模块1756-ENBT
2.2.3 ControlNet通讯模块1756-CNB
2.2.4 SERCOS通讯模块1756-M08SE
2.3伺服驱动器及伺服电动机
2.3.1伺服驱动器Ultra3000-SE
2.3.2伺服电动机Y-2012-2
2.3.3伺服驱动器与伺服电动机组合特性
2.4人机监控界面及操作员终端
2.4.1人机监控界面PC机
2.4.2操作员终端PanelView 600
2.5本章小结
第三章基于网络的伺服系统的软件设计
3.1伺服系统的仿真分析
3.1.1伺服系统仿真的硬件参数设置
3.1.2伺服系统仿真的运动曲线设置
3.1.3伺服系统仿真结果
3.2伺服系统的网络组态
3.2.1 Ethernet/IP网络的组态
3.2.2 ControlNet网络的组态
3.2.3 SERCOS网络的组态
3.3网络型伺服驱动器的初始化
3.4运动控制的软件编程
3.4.1运动控制系统通讯的配置
3.4.2运动控制系统中通讯模块的组态
3.4.3运动控制系统中轴和坐标系的组态
3.4.4运动控制系统中标签变量的创建
3.4.5运动控制系统中程序的编写
3.5系统操作员界面的编程
3.5.1伺服系统操作员程序通讯的配置
3.5.2伺服系统操作员程序标签变量的创建
3.5.3伺服系统操作员程序界面设计
3.6系统监控组态的编程
3.6.1监控系统通讯的配置
3.6.2监控系统中标记数据库的建立
3.6.3监控系统程序界面设计
3.7本章小结
第四章基于网络的运动控制系统的控制策略研究
4.1伺服系统的控制策略研究与实现
4.1.1伺服系统的转矩/电流控制
4.1.2伺服系统的速度控制
4.1.3伺服系统的位置控制
4.2多轴同步控制算法及其实现
4.2.1伺服系统速度同步控制
4.2.2伺服系统位置同步控制
4.3多轴插补算法及其实现
4.3.1直线插补算法及其实现
4.3.2圆弧插补算法及其实现
4.4本章小结
第五章结论
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的论文及获奖情况
摘要：
伺服系统是一种典型的自动控制系统，广泛的应用于工业自动化生产中，如数控机床、工业机器人和医疗器械等。目前，较先进的伺服系统具有交流化、全数字化、采用新型电力电子半导体器件、高度集成化、智能化、模块化和网络化等特点。本文所设计开发的网络型伺服系统就拥有这些特点。
根据被控机械对象的特点，选择美国罗克韦尔自动化公司的网络及硬件设备，搭建伺服系统的硬件平台。其中，选择Ethernet/IP网络作为计算机编程和监控的网络；选择ControlNet网络作为操作员控制网络；选择SERCOS网络作为伺服系统的运动控制网络；伺服驱动系统选用Ultra3000系列伺服驱动器和Y系列伺服电动机；控制平台选用目前较先进的ControlLogix系统平台。
在伺服系统的硬件平台上，使用专用软件设计网络环境下伺服系统的软件开发平台。其中，使用Motion Analyzer对伺服系统进行可靠的仿真分析；使用网络组态软件对伺服系统中使用的Ethernet/IP网络、ControlNet网络和SERCOS网络进行网络组态；使用RSLogix5000开发运动控制程序；使用PanelBuilder32设计开发操作员终端操作界面；使用RSView32设计开发伺服系统的监控界面。
最后在网络环境下伺服系统的硬、软件平台上进行网络型伺服系统控制策略的研究。主要研究伺服系统的转矩/电流控制、速度控制、位置控制、多轴同步控制和多轴插补控制。结合被控对象的数学模型，合理配置并优化传统控制器参数后调试运行，取得较好的控制效果。
在速度控制和位置控制的研究中，在原有控制策略基础上设计出速度自适应PI控制器和位置自适应PI控制器，增强了伺服系统的动态性能，提高了机械系统的定位精度。在多轴位置同步控制的研究中，采用串联式结构和并联式结构完成多轴位置同步控制，并得出采用串联式结构控制效果更好的结论。在多轴插补控制的研究中，使用直线插补方法和圆弧插补方法，并编程实现数控系统的插补轨迹控制。
本文开发设计的网络环境下伺服系统的硬、软件平台可以为运动控制领域的行业应用所参考。本文改进的控制策略也可以直接应用于相关生产实践中，具有一定的实际应用价值。
关键词：网络环境;伺服系统;多轴同步控制;自适应控制器;自动控制
目录
文摘
英文文摘
声明
第一章绪论
1.1伺服系统在工业中的应用及其发展
1.2伺服系统的基本要求和特点
1.2.1对伺服系统的基本要求
1.2.2伺服系统的主要特点
1.3工业控制网络的发展及其在运动控制系统的应用
1.3.1集散控制系统(DCS)
1.3.2现场总线控制系统(FCS)
1.3.3工业以太网
1.4几种常用的运动控制网络性能分析
1.4.1 SSCNET
1.4.2 IEEE 1394
1.4.3 SynqNet
1.4.4 Profinet
1.4.5 SERCOS
1.5本课题的研究内容
第二章基于网络的伺服系统的硬件设计
2.1本系统选用的网络
2.1.1 Ethernet/IP网络
2.1.2 ControlNet网络
2.1.3 SERCOS网络
2.2 ControlLogix系统平台
2.2.1运动控制器Logix5555
2.2.2 Ethernet/IP通讯模块1756-ENBT
2.2.3 ControlNet通讯模块1756-CNB
2.2.4 SERCOS通讯模块1756-M08SE
2.3伺服驱动器及伺服电动机
2.3.1伺服驱动器Ultra3000-SE
2.3.2伺服电动机Y-2012-2
2.3.3伺服驱动器与伺服电动机组合特性
2.4人机监控界面及操作员终端
2.4.1人机监控界面PC机
2.4.2操作员终端PanelView 600
2.5本章小结
第三章基于网络的伺服系统的软件设计
3.1伺服系统的仿真分析
3.1.1伺服系统仿真的硬件参数设置
3.1.2伺服系统仿真的运动曲线设置
3.1.3伺服系统仿真结果
3.2伺服系统的网络组态
3.2.1 Ethernet/IP网络的组态
3.2.2 ControlNet网络的组态
3.2.3 SERCOS网络的组态
3.3网络型伺服驱动器的初始化
3.4运动控制的软件编程
3.4.1运动控制系统通讯的配置
3.4.2运动控制系统中通讯模块的组态
3.4.3运动控制系统中轴和坐标系的组态
3.4.4运动控制系统中标签变量的创建
3.4.5运动控制系统中程序的编写
3.5系统操作员界面的编程
3.5.1伺服系统操作员程序通讯的配置
3.5.2伺服系统操作员程序标签变量的创建
3.5.3伺服系统操作员程序界面设计
3.6系统监控组态的编程
3.6.1监控系统通讯的配置
3.6.2监控系统中标记数据库的建立
3.6.3监控系统程序界面设计
3.7本章小结
第四章基于网络的运动控制系统的控制策略研究
4.1伺服系统的控制策略研究与实现
4.1.1伺服系统的转矩/电流控制
4.1.2伺服系统的速度控制
4.1.3伺服系统的位置控制
4.2多轴同步控制算法及其实现
4.2.1伺服系统速度同步控制
4.2.2伺服系统位置同步控制
4.3多轴插补算法及其实现
4.3.1直线插补算法及其实现
4.3.2圆弧插补算法及其实现
4.4本章小结
第五章结论
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的论文及获奖情况
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