基于S7-200 PLC的步进电机运动控制系统设计

提出基于西门子S7-200 PLC的步进电机运动控制系统的设计与实现。由于S7-200系列PLC不支持圆弧插补功能,采用极限逼近的算法,利用PLC输出高速脉冲信号和方向信号驱动步进电动机进行画圆的工作,并通过系统的调试对该方法进行了验证。

农业自动卷管机设计与试验

为了解决农业喷灌作业过程中通过人工收放水管存在效率低下、劳动强度大的问题,设计了一种由导向机构、收放管机构、排管机构及控制系统组成的自走式农业自动卷管机,提出了基于步进电机的精密排管系统以及基于增量式PID的恒张力收放管控制方法,开发了自动卷管机实物样机。样机试验结果表明:自动卷管机的排管效果良好,能够适应多种管径的水管且水管排列整齐紧密;卷管机的恒张力控制性能良好,在4.0km/h小时车速工况下,水管张力的最大相对误差为7.7%;在(0~4.0)km/h速度阶变工况下水管张力的最大相对误差为15.3%,收放管的速度能够自适应车速变化,水管的张力始终处于合理范围内。

基于STM32的步进电机加减速轨迹规划算法

针对传统步进电机开环控制下加减速过程中柔性冲击大、失步和过冲等问题,结合STM32单片机提出了一种离散化的、带有电流调节的S曲线加减速控制算法。首先,通过多项式算法构建连续光滑的S曲线,根据矩频特性拟合转速和转矩的关系,联立转速和功率的关系,推导出电流计算方法;然后,对连续的S曲线进行等时间间隔采样,完成对S曲线的离散化;最后,在Keil平台进行算法代码编写,将编译后的工程文件下载到STM32中,通过步进电机的速度和位置跟踪实验验证了算法的有效性。

机电一体化精确定位装置电控部分的选型与设计

机电一体化精确定位装置的电控部分以可编程逻辑控制器作为控制核心,发送指令改变电机的转动速度、转动方向。为了实现快速、精确定位,一方面,需要做好电控部分硬件设备的选型,包括可编程逻辑控制器、步进电机、伺服电机、触摸屏与通信光缆等;另一方面,还要科学分配可编程逻辑控制器的输入/输出口(In put/Out put,I/O),以及设计电控程序等,进一步提高精确定位装置的使用效果。

仿人MPC算法在步进电机储能与建模中的研究

步进电机在电能存储和补偿过程中存在建模精确度低、输入采样量失真、模型结构多变和负荷输出失配等问题,从而导致电能存储和补偿无法达到预期设计标准。为此,将仿人MPC算法引入步进电机的数学建模过程中。首先,分析电能从输入采样到输出反馈的数学模型构建过程,以及步进电机存储与建模的工作原理;其次,针对模型失配和参数动态变化对步进电机产生的影响,利用仿人预测控制策略有效地解决了步进电机电能存储和补偿的精度问题。仿真实验结果表明,控制结果在模型匹配时性能良好,在模型失配时依然能满意运行,使储能与建模幅度和误差精度都能达到要求。

基于STM32的赛道智能遮板系统设计

针对智能赛车备赛过程中可重复使用的赛道,设计了一款由遥控器控制的智能遮板系统。详细论述了该系统的机构设计、系统硬件设计及系统软件设计。通过引入该智能遮板系统,赛道遮板可以完成由遥控器控制的展开和收起功能,具有较高的应用价值,能够为相关研究人员提供参考和借鉴。

基于SMT单片机的双轴太阳能智能追光系统的设计

为提高太阳能发电效率,文章设计了一种基于SMT单片机的双轴太阳能智能追光系统。系统通过光敏器件采用双轴跟踪方式根据太阳光照强度实时调整光伏电池板的方向,使光伏板接收太阳辐射的效率最高。系统实时采集光照强度参数并显示,由单片机控制电机“智慧”追踪太阳,亦可通过按键切换为手动模式控制步进电机四向翻转。若光照不够,可以通过充电器为系统充电使其正常工作。

基于主动式阻尼的混合式步进电机转速振荡抑制控制

混合式步进电机因其特殊的机械结构导致自身阻尼极小,在实际运行过程中会发生振荡过大,甚至失步的问题。为提高混合式步进电机的控制品质,提出一种基于主动式阻尼的步进电机转速振荡抑制方法。首先,将电机模型转化至同步旋转dq坐标系,将电流i_d控制恒为额定电流,利用位置误差和速度误差调节电流i_q生成瞬时转矩,抑制电机运行时存在的振荡现象。其次,为实现电机闭环反馈控制,提出一种将同步频率提取滤波器(SFF)与三阶锁相环(PLL~3rd)相结合的无传感器控制方法。SFF可以滤除反电动势信号中的高次谐波,PLL~3rd能消除转速变化过程中的稳态误差。实验证明,该方法有效抑制了步进电机运行过程中的振荡现象,提升了电机的运行品质。

基于改进自适应遗传算法的小径短绳自动打捆机步进电机PID控制

为提高小径短绳自动打捆机步进电机的控制精度,在分析经典遗传算法和经典自适应遗传算法的基础上,引入进化代数和个体适应值排名来指导自适应交叉率和自适应变异率,设计了一个基于改进自适应遗传算法的PID控制器,以削弱进化过程中优良参数的退化现象。MATLAB仿真结果表明,改进的自适应遗传PID提高了收敛精度,并具有更快的收敛速度。针对步进电机的实际测试结果表明,与经典遗传算法相比,改进的自适应遗传PID调整时间更短、超调量更低。

基于灰狼算法的步进电机滑模控制系统设计

为了改善转台方位轴的位置精准度及抖振现象,本文围绕步进电机控制系统展开研究。设计了指数趋近律的位置方程,应用了灰狼优化算法整定滑模控制系统的多项参数。在此基础上建立了数学模型,使用MATLAB/Simulink构建了位置三闭环仿真,对系统的位置精准度、抗干扰能力进行分析,并与PID控制系统、传统的滑模控制系统进行了比较。仿真结果表明优化后的控制系统较稳定,响应速度快,抗干扰能力强。最后基于STM32F10ZET6主控芯片搭建了硬件平台,实验证明了优化后的控制策略有效提升了位置精准度,保证了系统的可靠性。

主被动一体式模拟肺设计与测试

人工模拟肺是呼吸机设计开发和性能测试不可或缺的关键仪器设备.当前国内外模拟肺多数为被动模式,即仅能模拟人体无自主呼吸意识下的被动呼吸功能,且呼吸力学参数固定.针对以上问题,设计了一种呼吸力学参数连续可调的主被动一体式人工模拟肺模型.首先,设计并加工了人工模拟肺的外形结构,开发了基于步进电机的模拟肺驱动系统.其次,设计了基于LabVIEW的上位机控制软件,实现对步进电机的驱动控制和压力、流量信号的反馈处理.最后,搭建整体实验平台,实现了主动呼吸模式下快速呼吸、平静呼吸、深度呼吸这三种人体基本呼吸模式的模拟,测量潮气量与目标潮气量误差在±0.05%以内;设计了基于PID控制的模拟肺顺应性控制方法,实现了被动呼吸模式下不同顺应性时的跟随控制,维持目标顺应性误差在±15%以内.

基于ESMO-DPLL的混合式步进电机主动式阻尼控制

针对混合式步进电机阻尼系数较小引起的振荡以及失步问题,提出一种主动式阻尼闭环控制方法提高步进电机的控制品质。首先,该方法基于同步旋转dq坐标系下的电机模型,将电流id控制恒为额定电流,利用转速误差调节电流iq生成瞬时转矩,改善电机运行时存在的振荡现象。其次,为实现转速闭环,提出一种扩展滑模反电动势观测器(ESMO)与双锁相环(DPLL)相结合的无传感器控制方法,ESMO改善了传统滑模观测器的抖振问题,DPLL能消除加减速过程中的稳态误差。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。

高低温下不同材料引起步进电动机轴承卡滞问题研究

基于有限元分析平台ANSYS Workbench,在高温95℃和低温-60℃下,分别对采用不同材料的步进电动机进行了仿真分析。仿真结果发现了高低温下由材料不同引起步进电动机出现轴承卡滞问题的主要原因,提出了改进措施,并通过实验验证了该措施的可行性,为类似步进电动机的结构优化提供了参考。

核酸提取装置的移液精度优化设计研究

为了提高核酸提取装置的移液精度和稳定性,以基于空气置换原理、活塞驱动方式的移液模块作为研究对象,提出了一种基于正弦函数的S型加减速曲线算法,并将其与匀加减速、抛物线型加减速曲线算法进行了仿真对比和实验验证。结果表明:采用基于正弦函数的S型加减速曲线算法的核酸提取装置,在移液量为10μL、20μL、50μL、100μL和200μL的不同工作条件下,移液精度均取得了显著的提升,同时实验数据的CV值满足JJG 646-2006移液器检定规程。

基于Arduino Mega2560单片机的智能物料运输车设计

为实现自动化物料运输能力,设计出一款以Arduino Mega2560单片机为控制核心,采用舵机控制模块、OpenMV摄像头模组、步进电机驱动模块等硬件的智能物料运输车。通过Arduino和OpenMV的上位机进行软件编程,实现物料运输车多功能全自动运行,包括利用3自由度机械臂与垂直升降滑块装置结合的抓取装置抓取与摆放物料;采用8路灰度传感器对地面标识线寻迹进行路径规划,同时运用微雪电子扫码模块获取物料信息和物料抓取顺序,并搭配OpenMV视觉识别模块对物料颜色和位置进行判断;通过麦克纳姆轮进行全向移动。在模拟智能制造工厂的物料加工场景下,进行了系统编程控制过程实验。结果表明:所设计的运输车能够在4 min内完成物料抓取区、粗加工区、成品区的全套流程,同时区域移动准确率达标,完全能满足现代智能制造工厂高效率、高精准率的设计需求。

混合式步进电机空间矢量PWM逆变器死区补偿策略

针对步进电机传统开环控制运行效果欠佳的问题,结合矢量控制算法对两相混合式步进电机进行控制,通过逆变器产生正弦波电流对电机进行驱动。由于步进电机气隙磁场畸变和PWM逆变器的死区效应,使步进电机的运行电流掺杂大量谐波,低速工作时尤为严重。为了改善电机低速运行性能、抑制谐波干扰,结合混合式步进电机矢量控制的电流环进行优化,通过自适应线性神经网络(ADALINE)算法将谐波进行提取与抑制,然后进行电流方向判断,对逆变器的输出进行补偿。实验证明,所提出的补偿策略能够有效抑制两相PWM逆变器的电流谐波,改善波形、降低电机低速运行的转矩脉动。

基于COMSOL分析步进电动机故障的电流和磁场变化规律研究

步进电动机是电力系统稳定运行的关键设备之一,当步进电动机在运行过程中出现故障,将直接导致电力系统的停运,给电力企业带来经济损失,需要对步进电动机内部故障原因进行研究。通过COMSOL有限元分析及建模的方式,对步进电动机的失步故障和开路故障所引起的电场和磁场的变化展开了研究,分析了在5种不同频率下失步故障和开路故障所引起的电场和磁场的变化规律,以提高对步进电动机故障诊断的效率。

基于S7-1500 PLC的步进电机PID控制

通过对PLC的软件编程,实现了S7-1500 PLC对步进电机的PID控制。首先明确了PLC、步进电机和步进电机驱动器之间的电气连接关系;然后利用S7-1500 PLC配套的博途软件进行了PTO组态和轴工艺组态,基于HMI设计了人机交互界面,设计了PID控制器;最后搭建了实验系统,利用临界比例度法整定了PID参数。实验验证了步进电机PID控制的调整时间小于1min,位置精度小于0.02°。

喷雾测量系统坐标架三维位移控制研究

为解决航天发动机试验中,通过三维PDA(Phase Doppler Anemometry)测量系统研究燃料喷注器雾化效果中对测量点精确定位的问题,采用自适应模糊神经网络PID控制算法实现对测量系统三维坐标架的步进电机进行控制。建立了一个步进驱动电机进行位置控制的传递函数模型,通过Matlab的Simulink仿真平台对步进驱动电机位移的PID控制、模糊PID控制及模糊神经网络PID控制的三种算法进行仿真。模拟实验结果表明:模糊神经网络PID控制将响应时间提升到0.05 s,并且大幅减小超调。相比于传统PID此方法可大幅提高坐标架定位的速度和精度。

用于严酷试验条件下核电人机控制设备自动测试装置的研制及应用

人机接口设备是核电厂安全级仪控系统(Digital Instrumentation and Control System,DCS)的重要部件,鉴定试验要求在试验应力下对其进行操作,并测试其功能和性能。核电DCS设备鉴定的部分试验条件十分严酷,很难在试验中对设备进行操作。之前采用的方法是测试人员穿防护设备进入温箱等严酷环境进行测试,既影响了试验效率,又可能对测试人员造成健康上的损害。本文首先分析了鉴定试验的环境特点;然后提出采用步进电机进行精确控制的方法,实现对人机接口设备的自动操作;最后结合鉴定试验特点,给出对机械臂的防护措施。基于该测试方法集成的自动测试装置已投入鉴定试验活动中,并实现了远程全自动操作。