三维运动平台控制系统的硬件设计开题报告

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1、开题报告三维运动平台控制系统的硬件设计1选题的背景、意义运动控制是由电力拖动发展而来的，电力拖动或电气传动是对以电动机为对象的控制系统的通称。随着电力屯子技术、微电子技术的迅猛发展，原有的电气传动控制的概念已经不能充分地概括现代自动化系统中承担第一线任务的全部控制设备。因此，二十世纪八十年代后期，国际上开始出现运动控制系统这一术语。图1运动控制系统的基本结构如图1所示是运动控制系统的基本结构。运动控制系统是以机械运动的驱动设备-电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子、功率变换装置为执行机构，在自动控制理论指导下组成的电气传动控制系统。运动控制系统主

2、要是电动机的控制。在电气时代，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务和办公室中，还是在家用电器和消费电子产品中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料统计，在所有的动力源中，90％以上来自电动机；同样的，我国生产的电能中有60％以上是用于电动机。随着计算机技术、电力电子技术和传感器技术的发展，各发达国家的机电一体化产品层出不穷，运动控制在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着巨大的作用。在机电一体化技术迅速发展的同时，运动控制技术作为其关键组成部分

3、，也得到前所未有的大发展。在强劲的市场需求的推动下，国内外各个厂家相继推出运动控制的新技术、新产品。在这里，我们主要研究的是三维的运动平台控制系统。它是一套对空间X轴、Y轴、Z轴集中式智能化操作的控制系统。目前市场的运动平台控制系统在性能指标和价格定位方面基本是面向中、高端用户，无法满足低端用户的需用。因此研发一种面向于简单控制、低成本的三维驱动数控系统具有广泛的应用前景。三维运动平台是现代运动控制技术的基础实验设备，它在机械加工、工程测试、医疗等各种生产行业中都有极广泛的应用。2相关研究的最新成果及动态运动控制系统的发展经历了从直流到交流，从开环到闭环

4、，从模拟到数字，直到基于PC的伺服控制网络(PC—BasedSSCNET)系统和基于网络的运动控制的发展过程，每个过程的发展都在很大程度上促进了运动控制系统的发展。当今的技术发展日新月异，高新技术的进步也促进了运动控制系统的发展，总的来说，运动控制系统将进一步向网络化、数字化、智能化方向纵深发展。运动控制技术是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。运动控制技术能够快速发展有两大原因：其一是得益于计算机、高速数字处理器(DSP)、自动控制、网络技术的发展：其二是有庞大的市场需求。基于网络的开放式结构和嵌入式结构的通用运动控制器逐步成为自动化控制领域里的

5、主导产品之一。作为现代化设备的核心控制部件，开放性、可靠性是衡量其是否能够在工业界立足的关键。高速、高精度始终是运动控制技术追求的目标。充分利用DSP的计算能力，进行复杂的运动规划、高速实时多轴插补、误差补偿和更复杂的运动学、动力学计算，使得运动控制精度更高、速度更快、运动更加平稳：充分利用网络技术、FPGA技术等，使系统的结构更加合理和开放，通过网络连接方式减少系统的连线，提高系统的实用性和可靠性。运动控制器产品今后的发展基本上沿着上述两个方向走，但是专业化、个性化的运动控制器将是一个新的发展方向。目前，运动控制器生产厂商提供的运动控制器主要包括如下三

6、类：1．基于通用微处理器型。以8031、8088等通用微处理器为核心器件，外加存储器、编码器信号处理电路及D／A转换电路等组成控制系统。其位置、速度等控制由事先编好固化在存储器中的程序实现。此方案成相对较低，但速度较慢，精度不高，采用的元器件较多，可靠性低，体积比较大，而且控制参数不易更改，软硬件设计工作量大，在一些只需要低速点位运动控制和对轨迹要求不高的轮廓运动控制场合应用。2．以专用芯片(ASIC)作为核心处理器的运动控制器。常用的专用电机控制芯片有LM628、MAX314、HCPLIi00等，用一个芯片即完成速度曲线规划、PID伺服控制算法、编码器

7、信号的处理等多种功能。一些需要用户经常更改的参数如电机位置、速度、加速度、PID参数等均在芯片内部的RAM区内，可由PC机用指令很方便的修改。但由于数据传输速度、运算速度的限制，复杂的控制算法和功能很难实现。这类控制器对单轴的点位控制场合是基本满足要求，但对于要求多轴协调运动和高速轨迹插补控制的设备，这类运动控制器不能满足要求。另外，由于硬件资源的限制，这类控制器的圆弧插补算法通常都采用逐点比较法，插补的精度也不高，特别是对于如模具雕刻这样的需要大量的小线段连续运动的场合，不能使用这类控制器。3．基于PC总线的以DSP和CPLD／FPGA作为核心处理器的

8、开放式运动控制器。以PC机作为信息处理平台，运动控制器以插卡形式嵌入PC机，即P