1、精選優質文檔-傾情為你奉上注意：1、在撰寫開題報告時，頁面設置和排版嚴格根據本格式，正式提交時，需把紅色注釋去掉，并全文排版整齊。2、學生在畢設系統中按照要求將開題報告內容分別填寫完畢后，必須將開題報告的word以及PDF版本作為附件上傳系統。南京工程學院自動化學院 本科畢業設計（論文）開題報告 題 目： 雙電機同軸驅動控制系統設計 專 業： 自動化 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 2017年3月說 明1根據南京工程學院畢業設計(論文)工作管理規定，學生必須撰寫畢業設計（論文）開題報告，由指導教師簽署意見、教研室審查，院系分管教學領導批準后實施。2開題報告是畢業設計（論文）答辯委員

2、會對學生答辯資格審查的依據材料之一。學生應當在畢業設計（論文）工作前期內完成，開題報告不合格者不得參加答辯。3畢業設計開題報告各項內容要實事求是，逐條認真填寫。其中的文字表達要明確、嚴謹，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達。第一次出現縮寫詞，須注出全稱。4本報告中，由學生本人撰寫的對課題和研究工作的分析及描述，應不少于3000字，沒有經過整理歸納，缺乏個人見解僅僅從網上下載材料拼湊而成的開題報告按不合格論。5開題報告檢查原則上在第24周完成，各院系完成畢業設計開題檢查后，應寫一份開題情況總結報告。本科畢業設計(論文)開題報告學生姓名學號專 業自動化指導教師職 稱所在院系自動化學院課題來源課

3、題性質工程設計課題名稱雙電機同軸驅動控制系統設計畢業設計的內容和意義 【1、文字格式：五號，宋體，英文及字母為“新羅馬”字體；行間距：固定值20磅；段前段后均為0行。】【2、畢業設計內容部分，要結合論文研究內容，用2-3句話簡述畢業設計研究內容所屬的研究領域、該領域面臨的主要問題、本次畢業設計要解決其中的哪些問題，最后逐條列出畢業設計的階段性內容，如“XX系統硬件設計、XX系統軟件設計、XX算法設計與實現”等。此處研究內容應具有概括性，每一條應該是幾周工作內容的概括，不需要展開說明。 字數350字左右】課題內容：在工業上，現代科學技術的飛速發展，對伺服系統提出了越來越高的性能指標要求

4、。伺服系統必須具備驅動高角速度、角加速度負載的能力，甚至要求多電機同步傳動，并具有良好的跟蹤精度和動態品質，以及滿足大功率的發展要求。目前，多電機同步高精度傳動已成為伺服控制領域的研究熱點，且越來越廣泛地應用于各種領域中。在此趨勢下，本文研究雙電機同軸驅動控制系統的控制模式，實現基于CANopen的一種雙電機同軸驅動控制器設計，主要內容包括：1) 雙電機同軸驅動控制系統的結構和框架設計；2) 基于STM32F407的硬件設計和電氣電路設計；3) 雙電機運動控制的常用算法設計；4) 雙電機控制系統的MATLAB仿真研究；5) CAN總線及CANopen高級協議的底層代碼實現；6) 雙電機控制代碼

5、編寫、顯示界面及上位機設計；7) 系統整體調試與測試。【課題意義部分，要結合畢業設計所屬領域、以及該領域發展面臨的問題，闡述設計內容對解決實際工程問題的作用和意義。如“研究XX被控對象或過程的影響因素及其影響原理，建立XX的數學模型，為XX的控制提供理論依據；研究XX系統的XX控制算法，結合工程實踐研制XX控制系統，為XX過程的XX控制提供思路”。字數350字左右】課題的意義：傳統的伺服系統多采用單一電機實現單軸控制，但是電機的輸出轉矩有一定的限制，當需要較大的驅動功率時，必須特制功率與之相匹配的驅動電機和伺服驅動器，使得系統的成本上升，傳動系統安裝空間增大，而且過大輸出功率的電機會受到制造工

6、藝和電機性能的影響。隨著大功率驅動系統需求的增多，以及滿足一些特定系統對于控制精確度的要求，多電機同軸驅動的研究也變得越來越重要。由于單電機的輸出功率有限，有時需采用雙電機驅動甚至多電機驅動。雙電機驅動不僅能夠很好的解決系統的功率要求，還可以完全消除傳動過程中齒隙的影響，提高了系統控制的精確度。雙電機驅動系統在理論上的優勢為消除機械傳動系統的傳動間隙提供了新的思路，同時，對它的深入研究可以提供一些多電機聯動控制理論參考及消除傳動間隙新的控制方法。文獻綜述【要求：1、文獻綜述是畢業設計內容、意義、必要性的展開論述，要詳盡具體，要通過引用、歸納前人的研究成果，說明為什么要做該課題的畢業設計，指出畢

7、業設計開展的依據，一般應指出其創新性，即符合學科發展、具有工程意義，能夠解決何種工程或科學問題。2、在查閱國內外相關文獻基礎上，一般應該包括課題的基本概念、基本原理、發展狀況（可以按國內外，或者其他分類方法展開論述，主要說明大家在該領域主要在做什么，采用了什么手段，達到了什么效果），面臨的問題（有哪些，有關這些問題解決的瓶頸在哪里），你的畢業設計針對這些問題中的哪些方面，準備采用什么方法解決其中的什么問題；3、文獻綜述不是你所查閱文獻堆砌，必須對其進行總結、歸類，分類提煉出文獻對畢業設計領域的貢獻，在此基礎上，指出畢業設計的內容；4、文獻綜述的字數要求2500字以上（不包括參考文獻字數），文獻

8、綜述的內容和敘述要具體，不能空洞。5、文獻綜述引用的文獻數量，要求15篇以上，其中近5年的期刊論文不少于10篇，且至少1篇英文文獻。6、參考文獻格式，要嚴格按照范例中的要求規范編寫；（1）所有的參考文獻，須按照順序在文獻綜述的對應處進行標注或引用；（2）引用時，須使用英文模式下的中括號，即 ；不能使用中文模式下的中括號，即【 】。（3）根據實際情況，分別用上標引用或直接引用。直接引用：“文獻1介紹了一種多電機控制算法.”，上標引用：“多電機控制算法1被應用到實際系統中”。建議多采用上標引用。（4）引用文獻標注避免出現多篇文獻全部集中在段前標題或者段尾的標注形式，例如“國內外現狀5-11”。文獻

9、綜述圍繞基于雙電機同軸驅動控制系統這一課題為中心，查閱相關書籍以及相關的學術論文和期刊雜志，對于涉及到此課題的相關知識進行了仔細的閱讀和研究，了解并掌握與課題相關的知識要點，現文獻綜述如下：1）基本原理：傳統的伺服系統多采用單一電機實現單軸控制，但是電機的輸出轉矩有一定的限制，當伺服系統需要較大的驅動功率時，必須特制功率與之相匹配的驅動電機和伺服驅動器 1。隨著大功率驅動系統需求的增多，以及滿足一些特定系統對于控制精確度的要求，研究用兩個甚至多個電機共同完成單軸的驅動任務可以滿足上述任務。伺服系統中通常釆用齒輪系統傳遞速度和扭矩，在哨合輪齒的裝配過程中，齒廊之間需要留有間隙。齒側間隙的存在會產

10、生齒間沖擊，影響齒輪傳動的平穩性，進而影響了伺服系統的伺服性能，同時摩擦非線性等因素也是重要的影響因素。在高精度的應用場合，如：高精度數控機床、機器人位姿控制、雷達天線系統等，齒隙問題嚴重影響了整個系統的動態性能和穩態精度。為了消除齒隙非線性對伺服系統造成的影響，雙電機驅動系統是一種新穎可靠的解決方式，雙電機系統改變以往傳統的單電機驅動模式，電機多釆用對稱方式布置在輸出終端，通過合理控制兩臺電機的輸出力矩達到可靠消除傳動間隙的目的。2）基本方法：隨著近年來伺服系統的發展，多電機傳動已被越來越廣泛地應用于各種領域中。為了提高多電機傳動系統的動態和穩態性能，以及滿足一些特定系統對于多電機精確同步的

11、要求，多電機同步控制方法的研究也變得越來越重要。雙電機驅動系統在理論上的優勢為消除機械傳動系統的傳動間隙提供了新的思路，同時，在控制方面也提出了特殊的要求，對它的深入研究可以提供一些多電機聯動控制理論參考及消除傳動間隙新的控制方法。與現有的雙電機驅動消隙控制方法相比，增加了對兩臺電機的輸出力矩實施動態控制，使雙電機系統的控制方法更加完善，使傳動系統在工作過程中具有良好的動、靜態特性，對于提高機床的傳動精度有很強的現實意義。一個優秀的同步控制方法要兼顧系統的時間和空間兩個方面，因此同步控制方法的研究要深入到速度和位置的雙重同步1。已有的方法通常采用差電流負反饋，通過對電流的均衡控制從而現多電機的

12、同步聯動控制2。但由于電機參數的不一致性，電流一致并不一定能使各電機的力矩、速度完全一致，通常可以采用一種“差速負反饋”同步聯動的控制方案3。在多電機同步控制中，各電機之間實時的數據通信是很重要的。為了滿足這個要求，檢測每個電機的速度和位置數據以及傳送指令都需要大量復雜的數據信號線。因此傳統的通信技術可能因為接線復雜、噪音以及數據線的維護而降低系統的可靠性，增加成本。現場總線的出現解決了多電機控制之間的可靠通訊問題4。3）基本特點：相對于傳統的單一電機實現單軸控制，雙電機同軸驅動控制系統具有一系列的優勢，因而具有非常重要的理論意義和廣闊的應用前景。該驅動控制系統具有如下優勢5：(1) 驅動總功

13、率提高；(2) 驅動系統成本有效降低；(3) 系統的通用性和可靠性提高；(4) 驅動精確度提高；(5) 驅動系統中，電機占用體積小，節省空間。4) 國內外研究進展在國內外，許多科研人員對多電機聯動控制系統的眾多方面都有所探討，如齒隙非線性、動力學分析、系統建模、電機同步，控制策略等，提出了很多有益的見解。隨著對齒隙研究的不斷深入和非線性理論的快速發展，齒隙非線性的研究對象變得更為復雜，從齒隙在系統端部到齒隙在系統中間，到兼有摩擦、死區、飽和等其它非線性；建立在現代控制理論基礎上的新方法不斷出現，自適應控制理論、變結構控制理論、智能控制理論、非線性幾何理論等成為研究齒隙非線性的有力工具；控制方法

14、也更為復雜，逆模型方法、碰撞分析法、線性控制基礎上的補償方法以及分階段控制法等使得對齒隙非線性的研究更加符合實際應用情況6。徐杰等7以雙電機同步聯動伺服系統為例，研究了多電機同步聯動系統的機械結構以及齒輪間的嚙合關系，利用機理分析法，分析了齒輪嚙合動力學以及多電動機聯動的動力學原理，并建立了雙電機同步聯動伺服系統的無齒隙理想動力學模型和含齒隙雙電機同步聯動伺服系統的動力學模型。多電機驅動控制系統在工業生產中廣泛存在，從驅動電機之間的連接關系來看一般可分為兩類8：一類是各電機之間相互獨立、電機之間不存在物理連接，采用多電機同步驅動。另一類是各電機間存在柔性或剛性的物理連接，各電機的工作狀態有相互

15、影響，彼此之間存在著嚴重的耦合作用9。文獻綜述在雙電機或多電機消除齒隙影響的理論研究中，根據雙電機消隙的基本原理，采用了兩個電機施加偏置力矩的方案10，在對施加偏置力矩的方案進行了探索，定性說明了齒隙大小與偏置力矩的關系11,12。5) 多電機驅動技術的應用情況伺服系統廣泛應用于工業生產的各個領域，已經成為工業自動化的支撐技術之一。人們對伺服系統的性能要求也逐漸提高。提高伺服系統的精度和性能是有效提高數控機床、機器人、大型雷達等裝備性能的重要途徑之一13。一個優秀的伺服系統控制方法要兼顧系統的時間和空間兩個方面，因此同步控制方法的研究要深入到速度和位置的雙重同步，它的成功研究就可以應用到軍事、

16、航空以及一般工業技術領域中，為需要統一動作功能的多臺電機提供協調控制技術支持。雙電機驅動系統是一種新穎可靠的機電傳動方式，正逐漸廣泛應用于高精度設備中14。雙電機系統改變以往傳統的單電機驅動模式，電機多釆用對稱方式布置在輸出終端，通過合理控制兩臺電機的輸出力矩達到可靠消除傳動間隙的目的，可以廣泛應用于如機器人關節，高精度機床、雷達天線回轉工作臺等高精度系統上面15。軍事、航空以及一般工業技術領域中，比如雷達天線的自動瞄準跟蹤控制、高射炮，戰術導彈發射架的瞄準運動控制，坦克，軍艦的炮塔運動控制等，其轉臺控制不僅有跟蹤精度方面的要求，還有功率方面的要求。由于單電機的功率難以做大，有時需采用雙電機驅

17、動甚至多電機驅動。雙電機驅動不僅能夠很好的解決系統的功率要求，還可以完全消除傳動過程中齒隙的影響。用兩臺電機分擔力矩，共同驅動同一個軸的伺服系統。在這個系統中，兩臺電機速度和轉角的精確同步是最關鍵的，可以采用已被廣泛應用的非耦合控制算法和傳統的耦合控制算法16。當系統受到動態干擾時，電機同步與跟蹤系統給定值之間不能協調時，改進的耦合控制算法強調兩臺電機的精確同步，而不是絕對地跟蹤系統給定值。該伺服系統中，傳統的通信技術可能因為接線復雜、噪音以及數據線的維護而降低系統的可靠性，增加成本。為了解決這個問題，采用基于CAN總線通信的多電機同步控制系統模型17。因為CAN總線的特點，使得系統接線簡單，

18、易于修改和完善，并且可以達到系統對于實時性和穩定性的要求。CAN總線協議只包括物理層和數據鏈路層，而CANopen在其基礎上規定了應用層的協議，因此協議層就采用CANopen協議，而針對伺服驅動設備，所以選用的子協議就是 DS-402協議即可。文獻綜述現代科技的發展，對大功率、大慣量、高精度的數字伺服系統的需求日益廣泛。在此趨勢下，大功率伺服電機調速系統著眼于轉動慣量大的負載，采用雙電機同步驅動控制技術，可以很好地實現無極變頻調速和控制18。參考文獻：要求：1、文獻綜述引用的文獻數量，要求15篇以上，其中近5年的期刊論文不少于10篇，且至少1篇英文文獻。2、參考文獻的表示格式為： 著作：序號作

19、者.譯者.書名M.出版地:出版社，出版時間.期刊：序號作者.譯者.文章題目J.期刊名，年份，卷號(期數):引用部分起止頁.會議論文集：序號作者.譯者.文章名C.文集名.出版地:出版者，出版時間:引用部分起止頁.學位論文：序號作者.題名D.保存地點：保存單位，年份.1 丁勇，張吉堂.基于CAN總線的伺服電機正反轉同步控制J.機床與液壓，2014，42(4)：95-97.2 李連升.現代雷達伺服控制M.北京：國防工業出版社，1987. 3 徐杰，金海，魯文其.基于CAN總線通信的雙電機速度聯動控制系統設計J.浙江理工大學學報，2015，33(2)：209-213.4 李鋼.基于CANopen的多軸

20、運動控制器設計D.西安工程大學，2012.5 許萬.基于實時以太網的多軸運動控制系統研究D.武漢：華中科技大學，2009.6 袁軍.雙電機同步聯動伺服控制系統研究D.電子科技大學，2011.7 黃磊.基于雙電機驅動系統的間隙消除技術研究D.武漢：華中科技大學，2007.8 劉濤，王宗義，孔慶磊，等.基于CAN總線的多電機協調運動控制系統研究J.機床與液壓，2010，38(3)：75-77.9 林志添.基于CANopen協議的步進電機閉環驅動系統的研究D.華南理工大學，2013.10 張捍東，徐龍，岑豫皖.CANopen協議及在ARM控制多電機驅動器系統中的應用與設計J.自動化與儀器儀表，201

21、1 (2)：40-43.11 王瑋，史偉民，魯文其，等.基于CAN總線的多軸位置伺服聯動系統設計與性能分析J.浙江理工大學學報，2015，33(1)：95-99.12 Kang M J，Park J H，Kim J H et al. A disturbance observer design for backlash compensationJ.International Journal of Contro，Automation and Systems，2011，9(4)：742-749.13 徐杰，金海，魯文其.基于CAN總線通信的雙電機速度聯動控制系統設計J.浙江理工大學學報，2015，3

22、3(2)：209-213.14 劉艷.多電機同步控制系統控制策略研究D.沈陽工業大學，2013.15 程鵬飛.多電機組合電動舵機的研究D.哈爾濱工業大學，2010.16 孫怡.基于模糊PID控制的多電機同步控制系統的研究D.上海：華東理工大學，2012.17 戴欽來，馬鈞華.基于ARM和DSP的多軸伺服系統以太網通信J.輕工機械，2011，29(1):62-66.18 馬成才.基于CANopen協議的交流伺服驅動器從站研究D.南京航空航天大學，2012.研究內容要求：研究內容部分，具體介紹畢業設計中的關鍵技術與有待解決的問題，需要詳細敘述解決問題的困難以及作者準備采用什么樣的方法、途徑、手段來

23、解決該類問題。該部分內容一般包括作者擬采用的基本原理、結構框架、子結構的功能描述及實現手段，預計要面臨的問題、相關協議、硬件及專用集成電路與技術、關鍵流程和步驟，可以配簡單的系統結構框圖來說明解決問題的方法。此處只是功能結構的具體而非詳細描述，介紹清楚相關方法即可。這里的“問題”是指課題所涉及的難題或關鍵點，而不是諸如學習某軟件等一般的問題。本次畢業設計主要是以STM32F407為主控芯片，采用CAN總線通訊方式，通過控制Solo Whistle數字伺服驅動器完成雙電機的同軸驅動，制作人機交互界面，實現PC機和控制系統的數據傳輸和顯示。本課題重點研究利用數字PID，實現雙電機的雙閉環控制，完成

24、雙電機的同軸驅動。一、系統結構框圖根據系統的任務要求，初步確定的整個系統的總體框圖如下圖一所示：研究內容圖一: 系統的總體框圖具體描述：完成了一種基于CAN總線通信的雙電機的同軸驅動控制系統，采用CAN總線技術，可以減少系統接線的復雜性，從而增加系統的可靠性。利用數字PID，通過對雙電機進行雙閉環控制，完成雙電機的同軸驅動。二、研究內容1. STM32主控系統硬件設計根據控制系統的體系結構和功能模塊要求確定硬件器件選型和具體實現方案，并進行相應硬件的電路設計，同時簡要地對系統硬件各個模塊的工作原理進行了闡述。內容包括主處理器模塊、電源管理模塊、實時顯示模塊和CAN通訊接口模塊等電路的設計及測試

25、。2. 雙電機運動控制的常用算法研究運動控制系統需要設計一個性能良好的速度環。由于采取了雙電機驅動的方式，所以必須保證電機速度很好的同步，這不僅要求在系統勻速運轉時達到同步，更重要的是必須在系統加/減速的動態過程中，電機也能協調一致的運行。因此，有必要研究同步聯動的原理以及它對系統動態性能的影響。3. CAN總線及針對伺服電機的402協議在進行控制系統的開發時，必須考慮各個總線的特點，結合產品的需要和技術發展的主流，選擇適合自己產品的總線，所以基于以上原因，在了解和考察了各個總線的特點并配合Solo Whistle數字伺服驅動器，采用了CAN總線及針對伺服電機的402協議作為控制器的控制網絡。

26、4. 雙電機控制軟件利用Keil進行編程，完成主控與電機驅動的通訊，最終控制電機，進行同軸驅動。為了能夠實時反應當前系統狀態和便于后續測試，需要設計人機交互界面進行數據反饋，在測試時，可以并將數據實時反饋到上位機和顯示界面便于排查和調試。研究計劃【 1、研究計劃可以參考任務書中的具體任務及時間節點安排，需要具體清楚表述時間節點上的工作內容，如完成XX帶寬濾波器設計、實現XX倍放大電路設計、完成XX算法的matlab模型，不能簡單抄寫任務書中的進度安排。2、“研究計劃”不能簡單復制拷貝教師任務書中的內容，需要將研究內容中的主要內容按照時間進度合理規劃。3、“研究計劃”部分不要出現“撰寫開題報告，撰寫論文、準備答辯”等與課題研究步驟不相關的內容。研究計劃寫到第16周】 第01-02周：系統