簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 李朝修
Lee, Chao-Hsiu
論文名稱: 以即時網路為基的控制系統研製-以串並聯機構為實現例
Design and Implement of the Real-Time Network-Based Control System
指導教授: 陳響亮
Chen, S. L.
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 製造工程研究所
Institute of Manufacturing Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 147
中文關鍵詞: 加減速插值器即時性六自由度的串並聯線性馬達定位平台網路伺服
外文關鍵詞: 6-DOF hybrid-type alignment positioning stage, Real-time, acceleration/deceleration, Interpolation, Servo System Control Net
相關次數: 點閱:96下載:6
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 由於電腦工業的發達,PC-Based控制應用成為自動化控制領域的常見控制架構,無論透過數位脈波位置命令、類比速度或扭力命令皆成為泛用標準介面;隨著資訊產業網路技術的成熟,自動化業界亦開始導入即時網路技術於伺服傳輸介面上,本研究論文即在探討即時網路的優缺點與驗證之。
    即時網路介面目前處於萌芽期,百家爭鳴,本論文採用日本三菱電機的 SSCNet技術來從事運動控制,並利用工研院EPCIO技術從事遠端輸出入控制,來建構具嵌入式與分散式優點的控制系統硬體架構,並採用Win+RTX的軟體即時性架構,發展硬體驅動函式庫與控制系統軟體。藉由控制具六自由度的串並聯線性馬達定位平台,除實務設計插值器、加減速規劃、位置控制器與運動解轉換矩陣外,重點放在即時網路伺服介面特有的:省配線與抗干擾、具高解析度的控制命令與回授、驅動器參數管理與即時修改等,這些特點有助於未來高階性能控制器的研發。

    This thesis discussed the issues related to the advantages of hard real-time servo net and presenting the proof of the result. Due to the development of computer industry, PC-Based Controller has become the common control architecture in automatic control field. Such as digital pulse command, analog velocity and torque command are generally used in servo control system. Meanwhile, with the maturity of the I.T. (Internet Technology), the automatic industry has applied the hard real-time I.T. to servo control interface.
    At present, the servo net is on the initial stage. The subject matter of this paper is to adopt Mitsubishi SSCNet (Servo System Control Net) to design SSCNet interface card for motion control and ITRI EPCIO (Exquisite Position Control and Inputs/Outputs) for remote I/O control, along with a real-time multi-tasking kernel (RTX) under the Microsoft Window 2000/XP. Both SSCNet card and remote I/O module are embedded and distributed. By the controlling of a 6-DOF hybrid-type alignment positioning stage, which contains 5 axes of Mitsubishi Linear motors and 1 axes of Oriental step motor. Except for the interpolation methods, acceleration/deceleration, controller and inverse kinematics are designed in the application software system, it is emphasized on the easy expansion, simple wiring, anti-interference, high-resolution servo command and feedback, driver parameter management and real-time modifying on host PC, etc., and real-time servo net control will become the major approach in development of high-performance motion control system.

    中文摘要 I Abstract II 誌謝 III 表目錄 VI 圖目錄 VII 符號說明 X 第零章 緒論 1 0.1 研究動機與目的 1 0.2 研究背景 4 0.3 研究步驟與系統描述 8 0.4 論文架構 12 第一章 文獻探討 13 1.1 伺服控制用即時網路探討 13 1.2 即時多工核心探討 18 1.3 控制系統架構探討 21 1.3.1 插值器 21 1.3.2 加減速規劃 25 1.3.3 位置控制器設計 32 1.4 串並聯機構受控體介紹 37 第二章 控制系統硬體設計 43 2.1 分散式與嵌入式硬體架構設計概念 43 2.2 即時網路多軸伺服系統 49 2.3 串列式遠端輸入與輸出系統 53 第三章 即時網路通訊軟體設計 57 3.1 即時網路通訊協定探討 57 3.2 遠端輸出入通訊協定探討與驗證 73 第四章 控制系統軟體設計 78 4.1 系統軟體架構 78 4.2 運動控制核心軟體 80 4.2.1 參數插值器實現 81 4.2.2 旋積法加減速實現 83 4.3 受控系統鑑別 88 4.4 時間延遲系統探討 94 4.5 位置控制器設計 99 第五章 串並聯機構之控制系統實現與驗證 102 5.1 電控系統架構 102 5.2 軟體系統功能 104 5.2.1 運動解轉換矩陣實現 104 5.2.2 位置控制器設計與驗證 106 5.3 機構運動與量測 115 5.4 網路伺服的特徵點綜合研討 119 第六章 結論 127 6.1 即時網路控制的軟硬體 127 6.2 網路伺服控制系統軟體的設計 129 6.3 串並聯線性馬達機構的控制 131 附錄A 即時網路運動軸控卡硬體規格 136 附錄B 遠端輸出入模組硬體規格 138 附錄C 即時網路運動軸控卡函式庫 140 附件D 串並聯機構之線性馬達與光學尺規格 147

    [1] 江瑞民,以SERCOS網路為基礎之多軸控制系統的規劃與分析,碩士論文,國立交通大學控制工程研究所,民國81年6月
    [2] 謝政昌,高性能即時網路運動控制器之研製,碩士論文,國立交通大學電機與控制工程研究所,民國88年6月
    [3] G. Ellis, “Comparison of drive and controller architecture : SERCOS and analog,” Powerconvers Intell. Motion, 05/1998
    [4] 陳柏菁,以即時網路為基礎的運動控制技術之研究,碩士論文,國立交通大學電機與控制工程研究所,民國88年6月
    [5] 林紀穎,具SERCOS介面為基礎之有限誤差控制器合成,碩士論文,國立台灣大學機械工程研究所,民國90年6月
    [6] 黃怡日敦,”PC-Based SSCNET運動控制系統與發展趨勢”,機械工業,pp. 247-253,民國92年9月
    [7] 嚴之揚、盧春生,”工具機專輯-車床演進史”,機械月刊,第二十七卷第三期 pp. 470-476,民國90年3月
    [8] Koren, Y. and Lo, C. C., “Advanced Controller for Feed Drivers”, Annals of the CIRP, Vol 41, pp. 689-698, 1992
    [9] Koren, Y., Computer Control of Manufacturing Systems, McGraw-Hill, New York, 1983
    [10] Koren, Y., “Control of machine tools”, Transactions of the ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 119, No. 4(B), pp. 749-755, 1997
    [11] Kim, D. II., Song, J. II. and Kim, S., “Dependence of machining accuracy on acceleration/deceleration and interpolation methods in CNC machine tools”, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, Vol. 3, pp. 1898-1905, 1994
    [12] Masory, O., “Improving Contouring Accuracy of NC/CNC System with Additional Velocity Feedforward Loop”, Transactions of ASME of Journal of Engineering for Industry, Vol. 108, pp. 227-230, 1986
    [13] Chen, C. S. and Lee, A. C., “New Direct Velocity and Acceleration Feedforward Tracking Control in a Retrofitted Milling Machine”, Int. J. Japan Soc. Prec. Eng., Vol. 33, No. 3, pp. 178-184, 1999
    [14] 趙清風,使用MATLAB控制之系統識別,全華科技圖書,民國90年2月
    [15] 俞克維,控制系統分析與設計-使用MATLAB,新文京開發出版有限公司,民國92年1月
    [16] Benjamin C. Kuo, Farid Golnaraghi, Automatic Control Systems, 8th Edition, John Wiley & Sons, Inc., 2003
    [17] 張育誠,混合並聯式五軸工具機PC-Based CNC系統設計與實現,碩士論文,國立成功大學製造工程研究所,民國92年6月
    [18] 黃銀乾,六自由度次微米定位平台之設計與分析,碩士論文,國立成功大學製造工程研究所,民國93年7月
    [19] Fu-Shou Wang, S. L. Chen, “Kinematics and workspace analysis of a 6-DOF hybrid-type alignment positioning stage”, IMechE Part B, Journal of Engineering Manufacture, 2005 (Accepted)
    [20] Fu-Shou Wang, S. L. Chen, “Geometric Error Measurement and Compensation of a 6-DOF Hybird Positioning Stage”,投稿中
    [21] VenturCom, Inc., RTX 6.0 SDK Documentation, 2003
    [22] 林昆鋒,CNC運動控制器之軟體整合開發與模擬,碩士論文,國立成功大學機械工程研究所,民國93年6月
    [23] FANUC Corp., FANUC AC Servo Motor α Series Parameter Manual
    [24] FANUC Corp., FANUC Series Model A Description
    [25] Jeon, J. W., “A generalized Approach for the Acceleration and Deceleration of CNC Machine Tools”, IEEE IECON 22nd International Conference, Vol. 2, pp. 1283-1288, 1996
    [26] Jeon, J. W. and Ha, Y. Y., “A Generalized Approach for the Acceleration and Deceleration of Industrial Robots and CNC Machine Tools”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 47, No. 1, pp. 133-139, 02/2000
    [27] Edward Solari, AT Bus Design, 4th Edition, Annabooks, 12/1991
    [28] PC/104 Embedded Consortium, PC/104 Specification, Version 2.5, Annabooks, 2003/11
    [29] 工業技術研究院機械工業研究所,EPCIO ASIC設計及應用使用手冊2.0版,民國92年12月
    [30] 工業技術研究院機械工業研究所,EDIO ASIC設計及應用使用手冊1.0版,民國90年4月
    [31] Norman S. Nise, Control System Engineering, 3rd Edit ion, John Wiley & Son, Inc., 2000
    [32] Mitsubishi Corp., SSCNETII Specification, Reg.NO:BCN-B32110-014, 03/2003
    [33] Mitsubishi Corp., SSCNET Compatible MR-J2S-□B Servo Amplifier Instruction Manual, Manual Number : SH(NA)030007-B, 01/2001
    [34] Mitsubishi Corp., Servo Configuration Software Model MRZJW3-SETUP161E Installation Guide, Manual Number : IB(NA)0300017-F, 02/2004
    [35] 三菱AC伺服線性馬達LM系列技術資料集

    下載圖示 校內:2008-08-17公開
    校外:2008-08-17公開
    QR CODE