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系統識別號 U0026-2208201619223000
論文名稱(中文) 三軸加工平台順滑運動控制
論文名稱(英文) Sliding Mode Motion Control of a Three-Axis CNC Platform
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics (on the job class)
學年度 104
學期 2
出版年 105
研究生(中文) 沈育民
研究生(英文) Yu-Min Shen
學號 p47021113
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 67頁
口試委員 口試委員-林冠禎
口試委員-彭兆仲
指導教授-陳介力
口試委員-林志哲
口試委員-戴崇禮
中文關鍵字 比例積分控制器  順滑模態控制器 
英文關鍵字 PI-Control  Sliding Mode Controller 
學科別分類
中文摘要 近年來,由於生化、半導體光電產業及機械人的進展,對於機械精度的要求不斷地向上攀升,使得高精度機械控制成為相當重要的工業領域。在下一代產業工業4.0上,帶有智慧的精密追蹤已成重要的經濟發展指標。因此,對於機械系統長行程、高精度表現的研究已成為一個重要的方向。
當兩個機械元件接觸且有相對運動時,摩擦力就會存在。若高精度效能成為系統重要的指標時,摩擦力就成為影響系統精度的重要因素。本論文中利用含有黏滯摩擦力(viscous friction)的數學模型描述摩擦力。並利用實驗測得含有摩擦力的系統轉換函數。
本論文主要的研究目的為探索控制器設計於定位精度的表現。實驗系統為一滾珠螺桿驅動的平台。為達成精度需求,克服摩擦力的外擾行為及系統的不確定性,本研究利用強健型順滑控制器(Sliding Mode Controller,SMC)作為精密追蹤的控制器。並與傳統的比例積分控制器作比較,其結果發現SMC確能獲得較良好的控制精度,且較不受頻寬影響。
利用順滑控制律,本研究可成功達成行程(直徑10cm)、定位精度(0.5mm)的成果。未來,期望這些成果可應用於需要高精度定位的場合中如:五軸加工機、3D列印、機械人、高精度機械手臂等。
英文摘要 The main purpose of this paper is to explore the performance of the position accuracy with the different controller design. The motion of the hardware is driven by the servomotor connected with a ball screw. In order to achieve the required accuracy, and resist the external disturbance from the friction and the uncertainty of the system, the sliding mode controller (SMC) is used in this paper for a tracking assignment. Compared with a traditional PI-controller, we found that the accuracy of the SMC with less bandwidth affected is better.
The results demonstrated that the contour tracking accuracy can successfully reach to 0.5mm by utilizing the PI type sliding controller.
論文目次 摘要---i
ABSTRACT---iii
致謝---xiv
目錄---xvi
表目錄---xviii
圖目錄---xix
第一章 緒論---1
1.1 工具機近代發展---1
1.2 文獻回顧---3
第二章 研究方法與機台介紹---5
2.1 系統動態模型---5
2.1.1 交流馬達---7
2.1.2 伺服馬達---10
2.2 順滑控制器介紹---12
2.2.1 李亞普諾夫(Lyapunov)穩定性---12
2.2.2 順滑模態控制理論---14
2.2.3 本研究物理模式與順滑模態控制器設計---21
2.3 三軸CNC機台介紹---22
2.3.1 滾珠螺桿驅動位置CNC 平台---22
2.3.2 運動控制卡---24
第三章 實驗結果與討論---25
3.1 比例積分馬達運動控制模擬---25
3.2 順滑模態控制馬達運動控制模擬---35
3.3 比例積分型順滑控制馬達運動控置模擬---41
第四章 小型CNC機台運動控制---47
4.1 比例積分控制機台運動控制---47
4.2 順滑模態控制機台運動控制---51
4.3 比例積分型順滑控制機台運動---54
4.4 PI、Sliding Mode、PI-Type Sliding Mode Control結果比較---57
第五章 結論與未來展望---60
參考文獻---61
附錄---64
1. 二階系統---64
2 根軌跡---65

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