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《华南理工大学》 2010年
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多轴控制用新型数控系统的研究与应用

郭福坤  
【摘要】: 随着现代科学技术的发展,电机已经由过去简单的起停控制,以提供动力为目的的应用发展成为对速度、位移等进行高精度要求的运动控制。在多关节工业机器人或五轴数控系统等多轴应用领域,多轴运动控制技术已经成为影响其性能的关键技术。本文以五轴数控系统的联动控制为例,针对传统的插补算法在以非正交坐标系为前提的多轴控制应用中存在的不足,应用基于V-F变换的实时脉冲生成算法,提出适用于包括五轴数控系统、多关节机械手等在内的多轴系统数字控制方法。本文的研究对开发具有自主知识产权的多轴运动控制单元、高性能五轴联动数控系统提供一种新思路。 论文首先介绍了多轴运动控制中的数学基础,对空间物体关系的位置和姿势描述、坐标变换和齐次坐标变换进行了介绍。接着介绍了在传统数控系统中常用的插补算法,并分析了其在多轴控制中应用存在的不足。 其次,在对传统插补算法分析的基础上,论文提出了一种与现有数控系统不同的新型多轴数字控制算法,此方法应用实时脉冲生成算法,输出频率实时变化的数字脉冲系列,用于驱动受控系统运动,实现多轴联动数字控制。论文对实时脉冲生成原理、算法中参数的确定、稳态误差、算法的校正进行了详细的分析与描述,同时对算法生成脉冲的最大加速度进行控制,并通过仿真分析对算法进行了综合评价。 然后,将论文提出的新型多轴联动数字控制算法应用在五轴数控系统用,用于实现五轴联动控制。论文中详细阐述五轴数控系统联动控制的实现方法。此方法首先根据五轴数控系统的结构建立其数学模型,得到齐次变换方程,然后通过求解雅可比矩阵及广义雅可比逆矩阵,计算得到各关节的运动量。仿真结果表明,此算法可以得到各关节轴的运动量及数字脉冲系列,实现多轴联动控制。 最后,论文将多轴控制算法应用在多关节机械手中,用于实现多关节机械手的多轴联动控制。通过对六关节机械手操作末端按空间轨迹运动的仿真,说明了本文提出的新型控制算法同样适用于关节机械手中的应用领域。 论文的结尾部分对本课题的研究内容进行了总结,列出了论文的创新之处,并对多轴运动控制系统的发展做了展望。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG659

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