低功率混合式步进电机驱动器的研制

低功率混合式步进电机驱动器的研制

一、一种小功率混合式步进电机驱动器的开发(论文文献综述)

邱靖超[1](2021)在《基于FPGA的步进电机多轴运动控制系统设计》文中进行了进一步梳理在工业自动化领域,运动控制技术是智能制造工业发展必不可少的关键技术。其中嵌入式系统以及开发软件技术的快速发展,使得运动控制与驱动系统的实现变得更为高效便捷,在此应用背景本课题开展的基于FPGA的步进电机多轴运动控制系统设计具有一定工程应用价值。本论文在查阅相关国内外资料基础上开展了运动控制技术和驱动技术的现状及发展创新的研究。围绕探针自动测试中对运动控制系统的需求,设计了基于FPGA的多通道步进电机驱动控制系统。设计中充分发挥了FPGA系统在编程、资源丰富、计算速度快等方面的优势,利用FPGA内部的逻辑资源,采用自顶向下的设计思想,在系统顶层对各模块进行设计。本系统通过编程语言对电路进行描述,并下载到FPGA芯片内部,生成电路用于接收并存储上位机发来的控制指令信息。FPGA与上位机直接通过USB转串口通信,每一帧数据采用自定义帧的格式,并对不同通道的数据编号。控制模块根据编号信息将其分配给对应通道的步进电机脉冲生成模块,向驱动器发送脉冲,进而控制电机运行。设计了人机交互界面,用于将控制信息通过串口发送下位机。基于FPGA实现了直线及S形曲线加减速算法、直线及圆弧插补算法,并经过仿真和测试验证了其可行性。实验表明本系统通过运动控制算法可对多台步进电机进行方向、速度、角位移等的控制,实现平面点位以及轨迹运动,可根据实际应用场合进行定制开发,具有广泛的应用价值。

齐闻[2](2021)在《基于步进平移台的高精度视频采集控制系统研制》文中提出随着现代电子技术的飞速发展,控制系统的应用也慢慢普及化,人们将多年来提出的各种各样的控制算法应用在工业生产中,从而实现生产的智能化。本文研究的主要内容是基于上位机labview的多步进电机控制系统,以实现三轴联动的四轴控制技术,并且系统本身还需要根据不同的需求拓展出各种功能,具有一定的实用价值。为测试并利用该系统来实现一定的功能,从而设计了一套基于步进平移台的高精度视频采集控制系统。本文一开始论述了步进控制系统的现状与发展趋势、研究此课题的意义、步进控制系统的特点以及监控系统的发展和应用现状[1],本文通过研究国内外的步进控制系统的发展情况,使用了一种泛布尔PID算法控制三轴电机来控制摄像头的运动,用以实现各种采集功能,并设计了上位机用以方便远程操作等功能。基于简化各种条件得到的混合式步进电机的数学模型,分别将传统PID和泛布尔PID两种控制算法应用到电动机模型中,对控制系统的电流以及角速度等参数的控制效果进行比较,对比这两种的控制效果,可以看出,将泛布尔PID控制算法应用于控制系统的有效性很高。控制步进电机的静态性能和动态性能很有效果,获得非常满意的伺服控制效果。接着在原理分析中,将该系统主要的工作原理及设计思路分六步进行阐述,在软件设计中着重介绍了上位机labview部分的程序设计,并简要概述其在软件方面实现对步进电机三轴联动的四轴控制;在硬件设计中,从硬件电路与机械结构设计等两个角度出发,完成了系统的总体架构;最后对多次实验数据进行分析后,验证了此系统的控制精度。此系统由完成人机交互操作的上位机labview、核心板、单轴控制卡、步进电机驱动器及步进电机等五部分组成,基于嵌入式技术并协同控制四路步进电机的运转。根据上位机labview的要求,采取模块化设计的思想,从参数设置、电动机控制、通信配置等功能模块入手,对三轴联动的四轴控制系统中步进电机的速度、位置、最大加速度、传动比及细分数等参数实现精准控制,并根据下位机反馈到上位机的实时参数信息来调节电动机的运行速度及滑台的相对位置。当核心板上的单片机接收到上位机labview发送的重要数据参数后,利用拓展芯片CH438Q暂时寄存,这样可以减少主CPU的工作量,空出多余的CPU内存供更多的外设拓展使用,再将数据传输给MAX13487所对应路的处理器进行控制,依据RS485串口通信方式,将解析后的数据参数信息,传输至四个单轴控制卡上的STC15单片机中,并利用单轴控制卡上面的接口与电动机驱动器相连,控制步进电机转动从而也作用于相应的丝杠,带动光轴上的滑台做直线运动,实现三轴联动的四轴控制技术,从而驱动摄像头完成高精度、多角度的视频采集工作。

陈逸鹤[3](2021)在《一种网络光纤自动配线机器人的控制系统研究》文中研究表明随着宽带互联网业务的快速发展,光通信网络已经扩展到办公室和家庭。数据流量的指数增长、高清视频、IP语音、媒体下载、文件共享和视频会议等占用带宽的应用的兴起导致了光纤需求量在整个网络中的巨幅增长。人工解决方案的总成本由于劳动时间、库存错误和网络停机时间而急剧增长。为了更好地进一步普及光通信网络,降低运营成本显得尤为重要。网络运营商为了提供高可靠性服务和降低运营成本,对自动光纤配线架(AODF)有着强烈的需求。为避免手动解决方案存在的高成本及光纤缠绕问题和自动化解决方案存在的依赖持续电源及光纤执行器低可靠性问题,提高光纤配线过程的自动化水平及智能化水平,本论文设计了一种网络光纤自动配线机器人。本论文对网络光纤自动配线机器人的控制系统进行设计开发,主要分为以下几个部分。第一,本论文在理论上提出了一种新型网络光纤自动配线机器人的设计方案,介绍了光纤配线工作原理,对机器人的各部分机构进行设计,搭建了虚拟样机,并设计开发了网络实际样机。第二,本论文对网络光纤自动配线机器人的控制系统进行总体设计,对硬件系统进行搭建,对软件系统进行总体设计,设计了避免光纤缠绕的光纤跳线规则算法。第三,本论文对网络光纤自动配线机器人的虚拟样机进行光纤配线仿真实验,对实际样机进行光纤配线实验,对比分析实验结果;进行定位实验并分析实验数据。本文最后对网络光纤自动配线机器人的研究内容进行了总结,并从硬件方面和软件方面对提高网络光纤自动配线机器人的工作性能提出了一些建议,对论文后续研究工作进行了展望。

曹仓健[4](2020)在《小型机器人颈部机构控制技术研究与系统设计》文中研究表明随着电子科技技术的快速发展,机器人已经逐渐的进入到人们的生活当中。机器人发展迄今已有近百年历史,国内的机器人更集中于工业机器人,真正能够走到百姓家庭中的机器人少之又少,而从机器人发展的趋势来看,为人类提供便捷或娱乐型的服务机器人将会成为日后的主要研究方向。本文通过对机器人控制系统的深入研究,设计了一种模拟人颈部动作的小型服务类机器人控制系统。本文对人体颈部的运动进行分析并将其动作拆解,通过小型机器人颈部机构模拟颈部的主要动作,并设计出小型机器人颈部机构的运动系统控制方案。使用STM32系列单片机作为系统控制处理器,并对构成其最小系统的各个电路进行了介绍。分析对比了几种常用于机器人控制系统中驱动电机的优缺点,确定使用步进电机作为控制系统驱动电机。对小型机器人颈部机构的运动进行运动学分析,并对各关节的空间运动轨迹进行规划,同时在控制系统中加入蓝牙远程控制方式,使小型机器人颈部机构的运动控制系统更加灵活且智能化。根据小型机器人颈部机构的机械结构特点,将机器人各关节与人体进行关节部位的动作映射,根据各关节的运动限幅,在关节活动范围内为其设计基础的舞蹈动作,亦可通过蓝牙连接方式自定义机器人的姿态。由于该运动控制系统使用步进电机来驱动每个关节的运动,因此对步进电机在运行中出现的丢步情况进行分析排除,确定了因电机在启动和停止时的加减速过程不充分导致步进电机出现丢步及噪音等问题。本文分析对比了三种常用于步进电机中的控制算法,确定采用七段式S型控制算法来作为关节驱动电机控制算法,使用MDK5软件对S型控制算法进行仿真,根据仿真输出的脉冲图像验证了S型控制算法的正确性。

顾霆[5](2020)在《高精度磁悬浮跟瞄系统设计》文中研究指明进入21世纪,各国对空间的研究越来越激烈,各国的空间飞行探测活动也越来越频繁。空间目标跟踪系统仍然使用传统的齿轮传动,这很容易使得空间中的齿轮之间发生冷焊现象。同时,现有的空间跟瞄系统无法准确追踪目标,传统齿轮传动的可靠性不高,发生故障后的修复比较困难。解决空间目标探测系统存在的空间冷焊和无法精确跟踪目标的问题迫在眉睫。磁悬浮技术可以很好的解决空间冷焊问题,在空间目标跟瞄系统中使用磁悬浮轴承来代替现有系统存在的机械齿轮传动机构,避免了机械接触,解决空间冷焊问题的同时,具有响应速度快、能耗低、噪音小、寿命长等优点。并且为了对于待观测目标位置以及活动情况进行监测,空间目标跟瞄系统中的机电执行元件可以使用可以将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移的步进电动机,同时设计高性能高细分精度驱动器,实现对步进电动机的高精度细分,实现对于目标的精确定位与追踪。磁悬浮轴承、步进电机、驱动器等构成的高精度磁悬浮跟瞄系统,可以很好的解决空间冷焊问题,同时实现对目标的精确定位与追踪。本文设计了一种基于磁悬浮轴承与步进电机的跟瞄系统,采用磁悬浮轴承,解决在太空低温环境下相互啮合的齿轮之间容易发生冷焊,可靠性不高的问题。采用可控电流源实现高精度高细分数步进电机细分驱动的方法,实现低转速、短距离运动后的停止和启动,建立了三自由度混合磁悬浮轴承的仿真模型,并进行仿真分析。传统的磁悬浮系统中,一般都会使用两个径向磁轴承和一个轴向磁轴承来实现五个自由度的悬浮,但是三个磁轴承会使得转子轴的长度增加,磁悬浮系统的体积增大。采用具有三自由度混合磁悬浮轴承来代替磁悬浮系统中的一个径向磁轴承和一个轴向磁轴承,缩小了磁轴承系统的体积,同时混合磁轴承还有降低功率放大器的功耗,减少电磁铁的匝数的优点,特别适合在小型化,低功耗的系统中使用。设计了磁悬浮跟瞄系统装置,以模块化的思想在matlab/simulink中搭建了两相混合式步进电机驱动系统仿真模型。最后进行实验测试,并对实验结果进行分析和总结。

高志远[6](2020)在《基于时变边界层滑模算法的两相混合式步进电机控制研究》文中研究说明步进电机可以通过调节输入电脉冲的数量和频率控制电机的位移和速度,具备易于控制、高定位精度、高可靠性以及经济性良好的优势,其中,两相混合式步进电机目前已经越来越广泛地应用于工业生产以及实际生活当中,搭建高精度高性能的两相混合式步进电机闭环伺服控制系统成为十分有价值的研究课题。本文选择了滑模控制算法去完成步进电机闭环伺服控制系统的构建,以提高步进电机的动态性能指标以及系统的稳定性,但滑模控制自身带来的抖振问题是急需解决的,因此,本文从边界层的角度提出了时变边界层的滑模控制算法,旨在削弱滑模控制中的抖振问题,并且能够兼顾传统滑模控制良好的动态和抗扰动性能。首先,本文剖析了两相混合式步进电机的内部结构和运行原理,分别详细推导出了在静止和dq旋转坐标系下的电机数学模型,并进一步分析了步进电机的矢量控制策略和具体的驱动方案。然后,基于所推导出的数学模型列出所需的状态空间方程,将滑模控制策略应用于位置控制系统和速度控制系统,明确了各个系统的控制方案,并且针对控制算法中的抖振现象,提出并详细分析了时变边界层的算法,对滑模位置控制器和滑模速度控制器进行了优化。最后,为了验证时变边界层滑模控制算法的有效性和优越性,通过Matlab/Simulink软件搭建了两相混合式步进电机的位置控制仿真模型和速度控制仿真模型,通过两类仿真控制实验进行了综合的实验验证,将时变边界层滑模控制算法与固定边界层滑模控制算法对比以验证其对抖振问题的削弱效果,再与传统的PID控制算法对比以证明其对滑模控制优势特性即良好的动态性能和抗扰动性能的保留。另外,本文也完成了对两相混合式步进电机位置控制实际实验平台的搭建,进行了同样的实验内容,将实验结果与仿真结果综合分析,更加有力地证实了文中提出的算法的确具备一定的优越性。

陆敬尧[7](2020)在《手自一体化方向盘集成设计与试验研究》文中研究指明随着智慧农业概念的提出,传统的农机不具备无人驾驶功能,加上收获季节机手短缺,使得研究农机自动导航驾驶技术变得迫切。电动方向盘作为农机自动导航体系中的执行环节,其操作性与适应性能都会直接影响到导航控制的精度。目前,现有应用于农业机械的电动方向盘存在扭矩小、转向精度低、手动操作与自动驾驶之间无法自行切换等问题,因此,设计一种手自一体化方向盘对于实现农业车辆自主导航具有非常重要的科学意义和实际应用价值。本文主要完成的研究工作如下:基于设计目标提出一种手自一体化方向盘的集成设计方案,完成了传动系统各个工作部件的设计,利用Solidworks软件完成了方向盘的三维设计,并对关键传动零部件进行了校核;构建了由单片机、手自动切换开关、编码器转角检测和步进电机驱动器组成的硬件系统;为了测试方向盘的扭矩转速性能设计了试验台架。为实现方向盘对上位机发送的目标转角的跟踪,设计一种方向盘转角控制算法。通过分析步进电机的数学模型和驱动原理,将PID算法和模糊算法相结合,设计了方向盘转角跟踪模糊PID控制器。同时,在Matlab/Simulink中搭建了步进电机模型、细分驱动模型、转角控制算法模型、执行机构模型,以不同转角信号开展方向盘转角跟踪仿真试验,验证方向盘转角控制算法的合理性及控制模型的正确性。基于Keil uVision5平台进行了方向盘手自动切换开关离散量信号采集与滤波处理、绝对式角位移编码器串口数字信号采集与协议解析、上位机期望目标转角串口数字信号获取与协议解析和模糊PID控制器程序设计。为了实现方向盘各种指令的手动下发,周期上报,基于Labview平台进行了上位机的设计。在自主设计的方向盘试验台架上开展方向盘的性能测试试验,方向盘扭矩转速试验表明方向盘的最大输出扭矩可达到10N·m,方向盘转速在30r/min内有较强的带载能力;方向盘转角精度试验表明设计的模糊PID控制器能即时调整方向盘转角,转角精度为±0.5%,方向盘的转向闭环试验表明在方向盘转向过程中控制器能够在满足控制精度要求的前提下快速跟踪目标期望转角,最大响应时间在1s以内,验证设计的方向盘转角跟踪模糊PID控制器的有效性。通过方向盘的性能测试试验,验证了研制的手自一体化方向盘满足设计要求。

李正义[8](2020)在《基于专家模糊PID的玉米免耕机排种施肥控制方法研究》文中指出随着人口数量的不断增加,玉米需求量逐渐扩大。当前的播种施肥技术已不能满足现代农机农艺的播种施肥要求,采用电气控制技术、传感器控制技术与传统的机械式控制相结合的方式,可提高播种施肥精度。目前,玉米播种机一般采用传统的机械式控制播种和施肥,利用地轮驱动排种器和排肥器工作,但地轮驱动容易引起打滑,导致种子漏播和颗粒肥漏施,影响后期的出苗均匀性和产量;当播种机进行大田作业时,还会出现种箱内种子和肥箱内肥料的缺失,同样出现种子漏播和颗粒肥漏施现象。因此,本文针对以上问题进行了基于专家模糊PID控制的玉米精量排种施肥控制方法的研究,主要包括以下内容:(1)完成了硬件控制系统的设计。以PLC作为控制核心,利用旋转编码器作为速度信号检测装置,将检测信号以脉冲形式传送到PLC,再由PIC控制步进电机,驱动排种器和排肥器精量排种和精准施肥。利用红外对射式光电传感器监测种箱和肥箱内种子和颗粒肥的剩余量,以提醒工作人员及时加种添肥。(2)利用触摸屏人机交互界面实现播种和施肥的调整和监测。利用步进电机代替地轮驱动排种器和排肥器转动,减低漏播率。同时,通过人机交互界面可调整播种株距并监测播种机的工作速度、播种量和施肥量等,实现无级调速,减小工作人员的劳动强度、节约资源。(3)仿真比较了常规PID控制、模糊控制以及专家模糊PID控制三种算法的特点,鉴于专家模糊PID控制器具有较好的鲁棒性,选用专家模糊PID作为玉米精量排种施肥的控制算法。(4)试验分析了基于专家模糊PID的玉米免耕机的工作状况,在播种机以合理速度(7.2km/h—8.5km/h)行驶时,播种机的播种精度最高可达98.6%、施肥精度最高可达97.8%,基本实现了精量播种和精准施肥。

王政皓[9](2020)在《基于STM32单片机的四轴数控系统研究与设计》文中研究说明近年来,我国数控系统的研发取得全面性的提高,但由于国外对技术的封锁限制以及国内起步较晚等原因,与发达国家相比仍存在一定的差距,并且经济性数控系统在插补类型以及插补精度等方面还有一定的不足,无法满足部分较精细工件的加工。根据上述问题,本文将采用差分插补原理进行四轴数控系统的研究与设计。主要工作方面有:对数控系统进行了软硬件的总体规划,并采用“PC+STM32单片机”的上下位机控制方式,设计了基于STM32单片机的硬件接口电路以及位于上位机的可重构系统,并对整个系统的各个软件模块进行总体规划设计。对逐点比较法插补、数字积分法插补以及差分插补分析比较,确定插补模块程序以差分插补原理为核心所编写,完成对变量可分离的正高次曲线的直接插补,并实现数控系统从平面直线插补扩展到空间多维线性插补。在差分插补的原理上采用速度前瞻的控制方式,通过对路径上的速度进行规划以及轨迹衔接点处的速度进行预测,提前进行加减速度控制,实现高效、准确的控制。为更好的实现基于差分插补原理的四轴数控系统的研究设计,在试验研究前期,研究设计圆锥曲线插补数控系统,并搭建三轴数控实验平台,在该平台上完成圆锥曲线的直接插补以及三轴雕刻加工。后期对现有的三轴数控机床进行改造,搭建四轴数控系统实验平台,在该平台上完成三次曲线以及第四轴的雕刻加工。本课题开发设计一套基于STM32单片机以及差分插补原理的四轴数控系统,将译码以及仿真等主要功能模块放在PC机上开发,将插补、速度控制等实时性要求较高的功能模块放在STM32上开发。最后,搭建数控系统实验平台并进行加工测试实验,实验表明数控系统的各项命令的执行都快速而精确,加工精度较传统数控系统的直线插补拟合有了很大提升,满足了设计要求。

霍寅龙[10](2020)在《基于鲁棒滤波的步进电机无传感器速度估计》文中指出两相混合式步进电机及其细分驱动系统是当前数字控制领域流行的低成本位置控制执行机构,在总线构成的机电一体化系统中,往往利用编码器监测位置实现步进驱动系统的速度反馈。由于编码器本身的不足,对无位置传感器检测步进电机的速度技术的研究具有一定现实意义,而利用扩展卡尔曼滤波算法(Extended Kalman Filter,简称EKF)的估计方案是步进电机反馈速度方案的主流。然而,步进电机存在强非线性、电感等参数随运行变化剧烈等特点,因此估计算法需要更强的鲁棒性。本文专门针对步进电机细分驱动系统提出了一套利用扩展H∞滤波器(Extended H∞Filter,简称EHF)作为的观测器实现无位置传感器速度估计的方案,用以提高对参数变化的鲁棒性。全文分三个部分:首先,建立了两相混合式步进电机及其细分驱动的数学模型。电机本体方向上,推导了最简数学模型和基于磁网络的非线性模型,着重阐述了电机相电感非线性的由来与表达式。细分驱动方向上,结合电流矢量,推导出了将电感非线性看做参数不确定性的步进电机最简模型,并分析得到不确定性的能量有界性。然后,从线性卡尔曼滤波和H∞滤波开始,推导EKF和EHF估计步进电机驱动系统的表达式,并对比研究EKF与EHF在非线性系统上的区别,得出EHF更适用于步进系统的结论与关键参数?。最后是仿真和实验。仿真部分于Matlab/Simulink环境构建两相混合式步进电机与其细分驱动,以及基于EKF与EHF的速度估计模块,比较二者的估计性能与鲁棒性。实验部分在鸣志电器STF系列开环步进电机驱动器的平台上,借助CANopen总线,在上位机上实现了利用EHF估计步进电机速度,证明了该方案的可行性。

二、一种小功率混合式步进电机驱动器的开发(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、一种小功率混合式步进电机驱动器的开发(论文提纲范文)

(1)基于FPGA的步进电机多轴运动控制系统设计(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题研究背景及意义
    1.3 国内外研究现状
    1.4 需求分析
    1.5 本文主要研究内容与章节安排
2 基于FPGA的步进电机多轴运动控制系统总体设计
    2.1 概述
        2.1.1 运动控制系统组成及主要功能
        2.1.2 运动控制系统工作原理
        2.1.3 运动控制系统技术指标及要求
    2.2 总体构架设计
    2.3 本章小结
3 基于FPGA的步进电机多轴运动控制系统硬件设计
    3.1 运动控制系统硬件组成
        3.1.1 FPGA的开发流程
        3.1.2 步进电机的选取及驱动电路的设计
        3.1.3 FPGA选型及其外围电路
    3.2 通信与数据存储模块设计
        3.2.1 通信模块
        3.2.2 数据存储模块
    3.3 步进电机控制模块
        3.3.1 数据帧解析模块
        3.3.2 步进电机使能与脉冲生成模块
    3.4 本章小结
4 基于FPGA步进电机多轴运动控制系统软件设计
    4.1 软件系统设计方案
    4.2 基于FPGA的运动控制算法的设计
        4.2.1 直线加减速算法的FPGA设计及仿真
        4.2.2 S形曲线加减速算法的FPGA设计及仿真
        4.2.3 直线插补算法的FPGA设计及仿真
        4.2.4 圆弧插补算法的FPGA设计及仿真
    4.3 上位机人际界面软件设计
        4.3.1 上下位机通信协议介绍
        4.3.2 上位机软件及其使用介绍
    4.4 本章小结
5 基于FPGA的步进电机多轴运动控制系统仿真与测试
    5.1 运动控制系统仿真
    5.2 运动控制系统实验测试
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢

(2)基于步进平移台的高精度视频采集控制系统研制(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
        1.1.1 步进控制系统的发展状况
        1.1.2 步进控制系统的特点
        1.1.3 “监控”的应用现状
    1.2 步进控制驱动器的发展史
    1.3 步进控制系统常用驱动分类
    1.4 本文研究的主要内容
    1.5 主要工作内容
第二章 三轴步进平移台控制算法研究
    2.1 经典控制算法
    2.2 泛布尔PID控制算法
    2.3 泛布尔代数PID在步进控制系统中的控制
    2.4 本章小结
第三章 泛布尔PID算法在步进控制系统中的应用
    3.1 步进控制的仿真建模
        3.1.1 二相混合式步进电机的数学模型
        3.1.2 步进电机系统电流细分控制的仿真建模
        3.1.3 基于泛布尔控制的混合式电动机仿真建模
    3.2 仿真结果分析
        3.2.1 步进控制系统中参考位置变化时的仿真结果
        3.2.2 步进控制系统中负载突变时的仿真结果
    3.3 本章小结
第四章 三轴步进平移台控制系统硬件设计
    4.1 总体架构设计
    4.2 原理分析
    4.3 硬件电路设计
        4.3.1 核心板上的硬件电路设计
        4.3.2 单轴控制卡上的硬件电路设计
    4.4 三轴联动的四轴控制视频采集系统的机械结构设计
    4.5 本章小结
第五章 三轴步进平移台控制系统软件设计
    5.1 上位机系统的简介及功能
        5.1.1 人机交互界面
        5.1.2 上位机的通信协议
        5.1.3 上位机的模块化设计
        5.1.4 上位机的程序设计
    5.2 下位机部分的软件设计
        5.2.1 CH438Q芯片配置及功能介绍
        5.2.2 下位机软件程序思路介绍
    5.3 实物精度测试
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

(3)一种网络光纤自动配线机器人的控制系统研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本文的研究内容
    1.4 本文的组织结构
    1.5 本章小结
第二章 网络光纤自动配线机器人的设计方案及工作原理
    2.1 网络光纤自动配线机器人总体设计方案
    2.2 网络光纤自动配线机器人的结构设计及虚拟样机
    2.3 网络光纤自动配线机器人实际样机
    2.4 本章小结
第三章 网络光纤自动配线机器人的控制系统设计
    3.1 控制系统的总体设计
        3.1.1 控制系统初步设计
        3.1.2 机械手控制系统
        3.1.3 执行单元
        3.1.4 检测单元
    3.2 硬件系统的搭建
        3.2.1 硬件系统总体设计
        3.2.2 电控单元
        3.2.3 驱动单元
    3.3 软件系统的设计
        3.3.1 软件系统总体设计
        3.3.2 软件开发套件DAQ Navi
        3.3.3 步进电机控制程序设计
        3.3.4 光纤跳线规则算法
    3.4 本章小结
第四章 网络光纤自动配线机器人的实验结果分析与论证
    4.1 光纤配线实验结果
        4.1.1 虚拟样机仿真实验结果
        4.1.2 实际样机实验结果
    4.2 定位实验数据分析
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 论文总结
    5.2 未来展望
参考文献
附录
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录

(4)小型机器人颈部机构控制技术研究与系统设计(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外服务机器人研究现状及发展趋势
        1.2.1 国外服务类机器人的研究现状
        1.2.2 国内服务类机器人研究现状
        1.2.3 服务机器人技术发展趋势
    1.3 论文主要内容和章节安排
    1.4 本章小结
第二章 小型机器人颈部动作分析与机构方案
    2.1 人体颈部动作分析
    2.2 运动系统控制方案
        2.2.1 颈部动作模拟
        2.2.2 运动系统设计方案
        2.2.3 机器人位置反馈及控制信号的传递
    2.3 机器人关节机构设计
        2.3.1 颈部回转机构设计
        2.3.2 颈部俯仰和侧摆动作设计
        2.3.3 额外动作关节
    2.4 本章小结
第三章 小型机器人颈部机构控制系统硬件设计
    3.1 控制芯片选型
    3.2 STM32F103R8T6 核心控制器简介
    3.3 STM32F103R8T6 最小系统
        3.3.1 电源电路
        3.3.2 BOOT启动电路
        3.3.3 复位电路与时钟电路
    3.4 步进电机
        3.4.1 关节驱动电机选择
        3.4.2 步进电机分类
        3.4.3 两相四线混合式步进电机工作原理
        3.4.4 步进电机参数与特性
        3.4.5 微型两相四线步进电机选型
    3.5 A4988驱动器
    3.6 SV01-103位置反馈传感器
    3.7 蓝牙功能
        3.7.1 蓝牙通信控制
        3.7.2 HC-05蓝牙模块
    3.8 控制系统硬件框图
    3.9 本章小结
第四章 小型机器人运动学分析
    4.1 小型机器人正向运动学分析
        4.1.1 D-H参数定义
        4.1.2 D-H坐标系建立
        4.1.3 运动学正解
    4.2 小型机器人逆向运动学分析
    4.3 空间运动轨迹规划
    4.4 本章小结
第五章 小型机器人动作设计及步进电机控制算法
    5.1 机器人舞蹈动作设计
        5.1.1 机器人与人体肢体映射
        5.1.2 各关节限幅
        5.1.3 舞蹈动作设计
    5.2 步进电机运行算法
        5.2.1 直线型控制算法
        5.2.2 指数型控制算法
        5.2.3 七段式S型控制算法
    5.3 S型控制算法仿真验证
        5.3.1 MDK开发平台
        5.3.2 仿真验证
    5.4 本章小结
总结与展望
参考文献
附录 A STM32F103R8T6 原理图
致谢

(5)高精度磁悬浮跟瞄系统设计(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 磁悬浮技术
        1.2.1 磁悬浮技术的发展
        1.2.2 磁悬浮原理及分类
        1.2.3 磁悬浮轴承
        1.2.4 磁悬浮电机
    1.3 步进电机
        1.3.1 我国步进电机的发展
        1.3.2 步进电机的分类及特点
    1.4 本文主要工作
第二章 磁悬浮跟瞄系统
    2.1 磁悬浮跟瞄系统的结构与性能指标
        2.1.1 磁悬浮跟瞄系统的内部结构
        2.1.2 磁悬浮跟瞄系统的硬件构成
    2.2 本章小结
第三章 无推力盘永磁偏置三自由度磁悬浮轴承
    3.1 结构模型
    3.2 磁轴承的漏磁和涡流
        3.2.1 磁轴承的漏磁
        3.2.2 磁轴承的涡流分析
        3.2.3 等效动态磁路
    3.3 本章小结
第四章 步进电机
    4.1 步进电机的分类及其工作原理
        4.1.1 反应式步进电动机的结构和工作原理
        4.1.2 永磁式步进电动机的结构和工作原理
        4.1.3 混合式步进电动机的结构和工作原理
        4.1.4 混合式步进电动机细分步距角的计算
    4.2 两相混合式步进电机的数学模型
        4.2.1 磁链和电感的推导
        4.2.2 两相静止坐标系下的数学模型
    4.3 两相混合式步进电机的细分驱动原理
    4.4 本章小结
第五章 实验
    5.1 混合式步进电机细分驱动仿真实验
    5.2 混合式步进电机细分驱动实验
    5.3 实验过程
    5.4 结果分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
学位论文评阅及答辩情况表

(6)基于时变边界层滑模算法的两相混合式步进电机控制研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 本课题的研究背景与意义
    1.2 步进电机简介
        1.2.1 步进电机的背景与发展趋势
        1.2.2 步进电机的种类与特点
        1.2.3 步进电机硬件驱动策略的发展
        1.2.4 步进电机伺服控制算法的研究现状
    1.3 滑模控制算法的研究现状
        1.3.1 滑模控制算法的基本理论与发展
        1.3.2 滑模控制算法中的抖振问题
    1.4 本文研究的主要内容
第二章 两相混合式步进电机的数学模型推导
    2.1 两相混合式步进电机的结构与原理
        2.1.1 两相混合式步进电机的结构
        2.1.2 两相混合式步进电机的运行原理
    2.2 两相混合式步进电机的数学模型
        2.2.1 静止坐标系下的两相混合式步进电机数学模型
        2.2.2 旋转坐标系下的两相混合式步进电机数学模型
    2.3 两相混合式步进电机的驱动实现
        2.3.1 两相混合式步进电机的矢量控制方法
        2.3.2 两相混合式步进电机的SVPWM技术
    2.4 本章小结
第三章 滑模控制算法的设计及优化
    3.1 滑模控制算法的原理介绍
        3.1.1 滑模控制的数学定义
        3.1.2 滑模控制算法设计的核心
    3.2 滑模控制算法的优化
        3.2.1 边界层概念的引入
        3.2.2 时变边界层控制算法的设计及其优越性
    3.3 本章小结
第四章 时变边界层滑模控制算法的应用
    4.1 两相混合式步进电机的时变边界层滑模位置控制器设计
        4.1.1 位置系统滑模面的选取
        4.1.2 位置系统控制律的推导
        4.1.3 稳定性的分析
    4.2 两相混合式步进电机的时变边界层滑模速度控制器设计
        4.2.1 速度系统滑模面的选取
        4.2.2 速度系统控制律的推导
    4.3 本章小结
第五章 仿真与实验
    5.1 两相混合式步进电机滑模速度控制仿真
        5.1.1 速度控制系统仿真模型的搭建
        5.1.2 两相混合式步进电机滑模速度控制仿真与结果分析
    5.2 两相混合式步进电机滑模位置控制实验
        5.2.1 位置控制系统仿真模型的搭建
        5.2.2 两相混合式步进电机滑模位置控制仿真与结果分析
        5.2.3 两相混合式步进电机滑模位置控制实验的实现方案
        5.2.4 两相混合式步进电机滑模位置控制实验与结果分析
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

(7)手自一体化方向盘集成设计与试验研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究目的与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 电机控制转向系统研究现状
        1.2.2 电动方向盘研究现状
        1.2.3 研究现状总结
    1.3 研究的主要内容
    1.4 技术路线
    1.5 本章小结
第二章 手自一体化方向盘总体设计
    2.1 系统设计要求
        2.1.1 系统设计原则
        2.1.2 系统设计目标
    2.2 转向执行机构与控制方案的设计
        2.2.1 转向执行机构方案
        2.2.2 转向控制方案
    2.3 手自一体化方向盘的驱动与传动设计
        2.3.1 电机的匹配选型
        2.3.2 传动系统的设计
        2.3.3 执行机构的安装
    2.4 手自一体化方向盘控制系统硬件设计
        2.4.1 控制系统硬件选型
        2.4.2 主控制器模块
        2.4.3 电源模块
        2.4.4 角度传感器信号采集模块
        2.4.5 上下位机串行通信模块
    2.5 模拟加载试验台设计
        2.5.1 试验需求与原理分析
        2.5.2 试验台器件选型及设计
        2.5.3 试验台硬件系统搭建
    2.6 本章小结
第三章 手自一体化方向盘控制算法及其仿真研究
    3.1 手自一体化方向盘控制的基本原理
    3.2 两相混合式步进电机驱动系统
        3.2.1 两相混合式步进电机数学模型
        3.2.2 步进电机驱动模块
    3.3 手自一体化方向盘转角控制算法研究
        3.3.1 PID控制的基本原理
        3.3.2 模糊控制的基本原理
        3.3.3 模糊PID控制器设计
    3.4 方向盘控制算法仿真分析
        3.4.1 Simulink仿真程序设计
        3.4.2 仿真结果与分析
    3.5 本章小结
第四章 手自一体化方向盘软件开发与试验研究
    4.1 手自一体化方向盘软件开发
        4.1.1 软件开发环境及工具
        4.1.2 软件设计总体结构
        4.1.3 上下位机通信程序的设计
        4.1.4 转角数据采集程序设计
        4.1.5 主控单元程序设计
        4.1.6 步进电机驱动程序设计
    4.2 方向盘性能测试试验
        4.2.1 扭矩-转速性能试验
        4.2.2 转角精度试验
        4.2.3 转向闭环试验
    4.3 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
读研期间参加的科研项目与研究成果
附录

(8)基于专家模糊PID的玉米免耕机排种施肥控制方法研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 引言
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 主要研究内容和技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
    1.4 论文内容安排
2 玉米免耕机控制系统整体设计方案
    2.1 玉米播种机整体结构
    2.2 影响播种和施肥的主要因素
        2.2.1 种子和颗粒肥自身影响
        2.2.2 播种机工作速度影响
    2.3 控制系统总体方案设计
        2.3.1 系统方案设计
        2.3.2 系统工作原理
    2.4 本章小结
3 玉米免耕机控制系统硬件设计
    3.1 控制模块设计
        3.1.1 步进电机选取
        3.1.2 步进电机安装
        3.1.3 驱动器工作原理
        3.1.4 驱动器选取
        3.1.5 驱动器和步进电机控制
    3.2 触摸屏选择
    3.3 信号采集模块设计
        3.3.1 测速传感器选取
        3.3.2 测速电路设计
        3.3.3 报警电路设计
    3.4 可编程控制器选择
    3.5 本章小结
4 玉米免耕机控制系统软件设计
    4.1 系统控制流程设计
    4.2 系统软件设计要求及设计原则
        4.2.1 软件设计要求
        4.2.2 软件设计原则
    4.3 PLC控制系统软件设计平台
    4.4 人机交互界面软件设计
        4.4.1 人机交互界面介绍
        4.4.2 人机交互界面设计
    4.5 控制机构软件设计
        4.5.1 PLCI/O口分布
        4.5.2 测速机构软件设计
        4.5.3 步进电机转数与播量关系
        4.5.4 步进电机与播种机速度关系
        4.5.5 步进电机控制软件设计
        4.5.6 报警系统软件设计
    4.6 专家模糊PID控制算法与仿真
        4.6.1 Simulink仿真平台
        4.6.2 常规PID控制系统仿真
        4.6.3 模糊PID控制系统仿真
        4.6.4 专家模糊PID控制系统仿真
    4.7 本章小结
5 玉米免耕机控制系统试验分析
    5.1 试验总体方案设计
        5.1.1 试验方案设计
        5.1.2 试验所需设备
    5.2 试验内容
        5.2.1 种子播量设定
        5.2.2 颗粒肥播量设定
    5.3 试验分析
        5.3.1 播种量试验分析
        5.3.2 施肥量实验分析
        5.3.3 试验均匀性分析
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
在读期间发表的学术论文
作者简介
致谢
附件

(9)基于STM32单片机的四轴数控系统研究与设计(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 数控系统概述
        1.1.1 数控系统的工作原理
        1.1.2 数控系统的组成与特点
        1.1.3 数控系统的应用与分类
    1.2 数控系统的研究现状与发展趋势
        1.2.1 数控系统的研究现状
        1.2.2 数控系统的发展趋势
    1.3 本课题的来源与研究意义
    1.4 本课题的主要研究内容
    1.5 本章小结
第二章 四轴数控系统的总体规划设计
    2.1 四轴数控系统的总体设计
    2.2 四轴数控系统的硬件设计
        2.2.1 STM32单片机简介
        2.2.2 进给伺服系统控制电路设计
        2.2.3 主轴驱动系统控制电路设计
        2.2.4 限位开关控制电路设计
        2.2.5 旋转轴选择
    2.3 四轴数控系统的软件设计
        2.3.1 数控系统上位机设计
        2.3.2 数控系统下位机设计
    2.4 本章小结
第三章 基于差分插补方法的研究
    3.1 插补常用方式
        3.1.1 逐点比较法插补
        3.1.2 数字积分法插补
    3.2 差分插补原理简述
    3.3 基于差分插补原理的平面三次多项式曲线插补
        3.3.1 三次曲线ISO代码译成差分插补代码
        3.3.2 三次曲线仿真加工
    3.4 基于差分插补原理的三维空间直线插补
    3.5 旋转轴插补分析
    3.6 本章小结
第四章 基于差分插补原理的加减速研究
    4.1 速度前瞻控制策略概述
        4.1.1 差分插补原理简述
        4.1.2 前瞻控制策略简述
    4.2 前瞻运动分析
        4.2.1 数学模型
        4.2.2 高曲率点处的速度极限
    4.3 基于差分插补原理的前瞻速度控制实现
    4.4 速度前瞻的实现
        4.4.1 前瞻段数确定以及前瞻控制流程
        4.4.2 前瞻控制实验验证
    4.5 本章小结
第五章 数控系统实验平台的搭建与加工试验
    5.1 圆锥曲线插补数控系统实验研究
        5.1.1 圆锥曲线插补数控系统的总体规划
        5.1.2 多线程技术
        5.1.3 运动控制模块的编程实现
        5.1.4 控制系统的硬件设计
        5.1.5 圆锥曲线微型数控雕刻机的加工实验测试
    5.2 四轴数控系统实验
        5.2.1 四轴数控系统实验平台搭建
        5.2.2 加工刀具与加工材料的选择
        5.2.3 四轴数控系统加工实验
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
在读期间公开发表的论文及获奖情况
致谢

(10)基于鲁棒滤波的步进电机无传感器速度估计(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 背景和意义
        1.1.1 步进电机发展概况
        1.1.2 步进电机控制系统分类
        1.1.3 步进控制系统的不足
    1.2 无传感器估计方案发展概况
    1.3 扩展卡尔曼滤波估计方案的研究近况
        1.3.1 对异步电机与同步电机系统估计的研究
        1.3.2 对步进电机系统估计的研究
    1.4 本文的主要研究内容
第二章 步进电机模型及细分驱动技术分析
    2.1 步进电机的结构与运行原理
    2.2 混合式步进电机的数学模型
        2.2.1 基本数学模型
        2.2.2 磁网络模型和电感
    2.3 开环矢量细分控制系统
        2.3.1 细分驱动技术的原理
        2.3.2 细分驱动的矢量分析
    2.4 本章小结
第三章 基于扩展H_∞滤波的步进电机速度估计
    3.1 基于扩展卡尔曼滤波的状态估计简介
        3.1.1 卡尔曼滤波的思想与算法流程
        3.1.2 扩展卡尔曼滤波的离散化与线性化
        3.1.3 基于EKF的 HBM速度、位置估计方案
        3.1.4 EKF估计方案的不足
    3.2 H_∞滤波简介
        3.2.1 H_∞滤波的原理
        3.2.2 H_∞滤波的算法流程
        3.2.3 H_∞滤波相对于卡尔曼滤波的比较
    3.3 扩展H_∞滤波EHF的推导
    3.4 基于EHF的 HBM速度、位置估计方案
    3.5 EHF与 EKF对步进驱动系统的适用性对比
    3.6 本章小结
第四章 步进电机细分驱动与速度估计的仿真
    4.1 步进电机驱动系统的仿真模型
        4.1.1 电机本体部分
        4.1.2 脉冲生成部分
        4.1.3 电流环控制部分
        4.1.4 功率电路部分
    4.2 EKF与 EHF速度估计的仿真
    4.3 仿真结果及分析
        4.3.1 算法参数选取
        4.3.2 控制对象为最简线性模型的仿真
        4.3.3 控制对象为非线性模型的仿真
        4.3.4 鲁棒性验证
    4.4 本章小结
第五章 步进电机速度估计系统的实现
    5.1 实验平台介绍
        5.1.1 鸣志STF系列总线控制型驱动器介绍
        5.1.2 主控芯片56F84567 介绍
        5.1.3 系统硬件设计
        5.1.4 通讯总线架构
    5.2 无传感估计的实现方案
        5.2.1 嵌入式系统的可行性
        5.2.2 总线系统的架构
        5.2.3 上位机软件介绍
    5.3 估计系统的软件设计
        5.3.1 DSP端的电机驱动软件
        5.3.2 上位机的估计方案
    5.4 实验结果及分析
        5.4.1 实验参数配置
        5.4.2 采样与估计结果
        5.4.3 组网实验结果
    5.5 本章小结
第六章 全文总结及展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

四、一种小功率混合式步进电机驱动器的开发(论文参考文献)

  • [1]基于FPGA的步进电机多轴运动控制系统设计[D]. 邱靖超. 中北大学, 2021(09)
  • [2]基于步进平移台的高精度视频采集控制系统研制[D]. 齐闻. 上海第二工业大学, 2021(08)
  • [3]一种网络光纤自动配线机器人的控制系统研究[D]. 陈逸鹤. 北京邮电大学, 2021(01)
  • [4]小型机器人颈部机构控制技术研究与系统设计[D]. 曹仓健. 大连交通大学, 2020(06)
  • [5]高精度磁悬浮跟瞄系统设计[D]. 顾霆. 山东大学, 2020(11)
  • [6]基于时变边界层滑模算法的两相混合式步进电机控制研究[D]. 高志远. 华南理工大学, 2020(02)
  • [7]手自一体化方向盘集成设计与试验研究[D]. 陆敬尧. 江苏大学, 2020(02)
  • [8]基于专家模糊PID的玉米免耕机排种施肥控制方法研究[D]. 李正义. 河北农业大学, 2020(01)
  • [9]基于STM32单片机的四轴数控系统研究与设计[D]. 王政皓. 山东理工大学, 2020(02)
  • [10]基于鲁棒滤波的步进电机无传感器速度估计[D]. 霍寅龙. 上海交通大学, 2020(01)

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低功率混合式步进电机驱动器的研制
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