基于EtherCAT六轴控制系统的S型曲线算法研究

工业自动化中,传统通信总线在通信速率低和网络拓扑结构固化等方面存在局限性,难以满足对实时响应和灵活配置的需求。EtherCAT总线具有实时性和灵活性高的特点,可以提升系统的整体性能和可靠性。基于EtherCAT总线的六轴步进电机控制系统不仅确保了电机之间的实时通信,还通过引入S型曲线算法,大幅提升了电机运行的平稳性和可靠性。这种结合EtherCAT总线和S型曲线算法的方式实现了灵活、平稳、可靠的电机运动控制。

基于S曲线加减速旋挖钻机定位控制研究

以旋挖钻机回转自动定位控制系统为研究对象,分析旋挖转机回转自动定位系统与S曲线原理,根据S曲线调整的方法提出基于S曲线加减速的旋挖钻机自动回转定位控制算法,并对该算法进行了分类分析及设计。为验证S曲线加减速算法在旋挖钻机自动定位控制中的可行性及可靠性,在装有高速运动控制器的旋挖钻机上进行试验。结果表明:这种方法可满足旋挖钻机自动定位控制,且具有旋挖钻机运行平稳、控制精度高等优点。

加加速度连续的S型加减速规划算法

传统S型加减速算法的加加速度不连续,起止端存在突变导致机床进给过程中产生柔性冲击和振动,为改善机床动力学性能,提出一种加加速度无突变且起止端连续的加减速曲线,其加速度曲线由三角函数与直线连接组成,与纯三角函数加减速曲线相比可控性更强,可充分发挥机床的最大加速度性能。根据该加减速曲线特征,分别提出位移适配法和区间判别法对加减速模式进行规划分析和探讨。区间判别法只需简单少量计算,便可快速寻找出速度取值区间,规划出曲线构型,通过一次方程求解即可获得完整加减速曲线参数,具有高效的求解效率。对规划方法给出了详细的数学描述,并对曲线算法进行仿真和实验,得到平滑连续的加速度与速度曲线。仿真和实验结果证明了研究内容的正确性和方法的可行性。

基于S7-200高精度定量阀控制器的改进研究

分析定量阀结构和控制原理,将传统的恒频脉冲控制算法与梯形曲线算法、S形曲线算法进行了对比,选择用拟合S形曲线的算法控制定量阀。同时,为了有充足加减速过程,使用细分驱动技术,在不增加控制器硬件成本前提下,通过拟合7段S形曲线,最终实现了高精度定量阀的精密定位控制。

基于STM32的自主式小白鼠饲养机器人控制

为解决当前实验用小白鼠在人工投喂饲养方式下造成的操作任务繁重,人力物力耗费巨大的问题,设计一种适用于现有小白鼠饲养环境的自主式饲养机器人。采用STM32芯片作为主控制器,以装备4个麦克纳姆轮的底盘作为移动载体,配备抬升机构和推进机构,末端加装可编程的机械臂作为可控夹持设备。对底盘直流电机进行双闭环比例-积分-微分(proportion-integral-differential,PID)算法控制,对步进电机速度进行基于S形曲线的算法控制,通过定时器级联对步进电机行程进行精确控制。经实验测试,机器人运行平稳,噪声较小,相比较人工饲养方式,机器人投喂时间能够缩短40%。实验表明,机器人能够自主完成小白鼠饲养工作,解决了人工投喂饲养任务繁重的难题。

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。

冲压机器人关节速度规划

设计一种四自由度冲压机器人,建立梯形加减速控制算法、S曲线加减速控制算法,通过分析速度、加速度、加加速度对冲压机器人运动的影响,为提高其运动的平稳性,提出一种三次S曲线加减速控制算法,通过ADAMS仿真对比3种控制算法的性能,得出三次S曲线加减速控制算法在运动规划中更具优势,为冲压机器人后续的运动分析和优化提供了参考。

射电望远镜主动反射面系统的控制

针对新疆奇台110m射电望远镜主动反射面控制技术的要求,设计和研制了一种新型的位移促动器和位移控制系统,并采用双频激光干涉仪对多个位移促动器及其控制系统进行了全面检测。位移促动器采用了基于涡轮蜗杆加滚珠丝杆的高精度结构设计方案,控制器系统采用了ARM微处理器。最后选择S曲线加速控制方法,设计了主动反射面控制系统硬件平台和软件算法。基于双频激光干涉仪和光学隔振平台在恒温超洁净条件下进行了系列测试。结果表明:系统实现了行程范围为30mm,控制精度为5μm RMS的快速精密控制;在额定负载300kg,步长2mm,行程30mm范围内,实测结果平均值与理论值偏差为0.04%,标准偏差为3.67μm。最后,采用测量精度为0.25μm的激光传感器对4块四点支撑的四边形子面板进行了验证检测。结果显示:经多次迭代后主动反射面控制闭环系统的控制精度小于5μm RMS,远远优于3mm波段射电望远镜主动反射面控制的技术要求。

用于花式纺纱机的多通道电机控制系统设计

针对传统纺纱机的分梳辊、罗拉等工作部件因无法实时调节速度造成成品纱线粗细不均、断线等问题,以步进电机作为纺纱机的主要工作部件,设计了基于FPGA的多通道电机控制系统,并在硬件平台上加以验证。在程序中设置多个寄存器存放当前所有电机的给定速度、实际速度等信息,以增量式光电码盘实时检测电机转速并传输给FPGA,运用S曲线算法控制电机速度自动调节至给定值,最终在液晶屏幕上显示调节后的电机速度和档位。实验结果表明,S形速度曲线更符合步进电机的加减速特征,能够缩短电机达到所需速度的工作时间,且其硬件平台易于搭接,控制精度高,操作简易。

数控机床上下料机器人运动控制轨迹优化研究

运动轨迹优化是工业机器人研究的一个重要领域。七段S型曲线是从传统的梯形加减速算法基础上发展而来的,尽管S型速度曲线控制算法提高了加减速过程中的稳定性,使运动过程中的速度变化连续,有较好的平滑性,但其加加速度仍存在阶跃变化问题,导致加速度存在明显的拐点,容易造成机器人在运动过程中发生冲击或振动。在上述研究的基础上,将多项式速度曲线控制算法与S型速度曲线控制算法相结合,提出了一种改进的S型速度曲线控制算法,通过优化加加速度,使其速度、加速度连续变化,曲线平滑性更好。在新代机械手臂控制系统下,对改进后S型速度曲线控制算法进行试验,证明所提出的算法在加减速过程中能够获得更加平滑的速度和加速度。