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机器人位置伺服控制器的PID控制

  • 简介:摘 要机器人位置伺服控制器是机器人控制系统的重要组成部分,对工业机器人操作手的控制精度、稳定性和实时性起着至关重要的作用。随着工业机器人应用范围的扩大,机器人的复杂程度和智能程度也越来越高。为了使机器人能够...
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[目录]
第1章 绪论
第2章 工业机器人位置伺服控制器的模式分析
第3章 片上可编程系统SOPC及其相关技术
第4章 基于SOPC的机器人位置伺服控制器
第5章 PID神经元网络控制器
第6章 实验结果及系统测试
第7章 结论

[摘要]
机器人位置伺服控制器是机器人控制系统的重要组成部分,对工业机器人操作手的控制精度、稳定性和实时性起着至关重要的作用。随着工业机器人应用范围的扩大,机器人的复杂程度和智能程度也越来越高。为了使机器人能够适应各种复杂的应用环境,需要研制性能更加完善的机器人位置伺服控制器。
本文首先研究了机器人位置伺服控制器的各种传统实现模式,并对各种模式的优缺点进行了详细的比较分析,在此基础上提出了基于SOPC(片上可编程系统)的机器人位置伺服控制器的整体实现方案。
为了提高位置伺服控制器的各项性能指标,作者对其核心部分——调节器在FPGA中的实现方式进行了较深入的研究。首先利用Quartus II与Matlab/DSP Builder相结合的现代DSP技术设计实现了硬件形式的PID数字调节器,然后采用硬件描述语言Verilog HDL设计实现了浮点型PID数字调节器,并对这两种实现方式进行了比较分析。
为了克服传统PID调节器的局限性,使之能对一些复杂的过程和参数慢时变系统进行有效控制,作者将传统PID控制器与传统神经元网络相结合,用硬件方式初步实现了PID神经元网络控制器,利用Modelsim开发软件进行了分析测试,并对PID神经元网络硬件在相关应用领域中的实用化策略进行了探讨,对今后研究高性能的机器人位置伺服控制器具有重要的参考价值。

[正文]
第1章 绪论
自1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术及其产品取得了长足进展,其应用领域也在不断扩大,已成为柔性制造系统(FMS-Flexible Manufacturing System)、自动化工厂(FA-Factory Automation)、计算机集成制造系统(CIMS-Computer Integrated Manufacturing System)的自动化工具。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃,应用日益广泛的领域。
工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成,是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。机器人并不是在简单意义上代替人工劳动,而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置,既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力,又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上说它是机器的进化过程产物,它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备,也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。它不仅能提高产品的质量与产量,而且对保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、解决原材料消耗以及降低成本有着十分重要的作用,和计算机、网络技术一样,机器人的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。
1.1 工业机器人概况
1.1.1 工业机器人的发展现状
现代机器人[1,2]的研究始于20世纪中期,其技术背景是计算机技术和自动化技术的发展,以及原子能的开发利用。自1946年第一台数字电子计算机问世以来,计算机取得了惊人的进步,向高速度、大容量、低价格的方向发展。
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[参考文献]
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[3]郭洪红.工业机器人技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006,1-5.
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[10]郗志刚,周宏甫.运动控制器的发展与现状[J].机床电器.2005,(4):5-10.
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[原文截取]
摘 要
机器人位置伺服控制器是机器人控制系统的重要组成部分,对工业机器人操作手的控制精度、稳定性和实时性起着至关重要的作用。随着工业机器人应用范围的扩大,机器人的复杂程度和智能程度也越来越高。为了使机器人能够适应各种复杂的应用环境,需要研制性能更加完善的机器人位置伺服控制器。
本文首先研究了机器人位置伺服控制器的各种传统实现模式,并对各种模式的优缺点进行了详细的比较分析,在此基础上提出了基于SOPC(片上可编程系统)的机器人位置伺服控制器的整体实现方案。
为了提高位置伺服控制器的各项性能指标,作者对其核心部分——调节器在FPGA中的实现方式进行了较深入的研究。首先利用Quartus II与Matlab/DSP Builder相结合的现代DSP技术设计实现了硬件形式的PID数字调节器,然后采用硬件描述语言Verilog HDL设计实现了浮点型PID数字调节器,并对这两种实现方式进行了比较分析。
为了克服传统PID调节器的局限性,使之能对一些复杂的过程和参数慢时变系统进行有效控制,作者将传统PID控制器与传统神经元网络相结合,用硬件方式初步实现了PID神经元网络控制器,利用Modelsim.....
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