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运动控制器研究1、运动控制技术及应用领域运动控制系统是一种以电力电子功率变换装置为执行机构，以电机为控制对象，通过对电机转矩、转速和转角的控制以实现预期运动轨迹目标的电气传动控制系统。
随着电机驱动技术、电力电子技术、微处理器技术以及机电一体化技术的不断发展，在20世纪90年代初，开始了对运动控制技术的研究。
运动控制技术是一个多学科交叉的研究领域，它主要以含有快速电机运动的执行机构为基础。
结合现代电力电子技术、控制理论与技术、计算机技术、传感器技术等进行全新的控制系统的设计，以达到运动控制所要求的高速、高精度的要求。
运动控制技术在国民经济和国防建设中所起的作用及其应用的范围越来越大。
归纳起来主要有以下几方面的应用。
(1)加工机械：数控机床、加工中心、激光切割机、磨床、冲压机等。
(2)机器人：焊接机器人、装配机器人、搬运机器人、喷涂机器人、农业机器人、空间机器人等。
(3)半导体制造与测试：自动晶圆传递、卡带操作、电路板路径器、集成电路插装、晶圆切片机等。
(4)制造业与自动组装线：粘接分配器、绕线机、纤维光电子学玻璃推进器、高速标签印刷机、芯片组装等。
(5)航空宇宙：天线定位器、相机控制、激光跟踪装置、天文望远镜等。
(6)测试与测量：坐标检测、齿轮检测、键盘测试器、进给部分检测器、印刷电路板测试等。
(7)医疗设备：cat扫描仪、dna测试、交测量测试器、ct机、人工心脏等。
(8)材料处理设备：纸板箱升降机、装设运转带驱动器、核反应棒移动器、包装系统、食品加工机等。
2、运动控制器现状及各种实现方案运动控制器是指以中央逻辑控制单元为核心，以传感器为信号敏感元件，以电机、动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置。
它的主要任务是根据作业的要求和传感器件的信号进行必要的逻辑，数学运算，为电机或其它动力和执行装置提供正确的控制信号。
目前，运动控制器已发展成为运动控制系统中一个独立的标准部件，形成了国内外多种品牌的产品，已被越来越多的产业领域接收，并且已经达到一个引人瞩目的市场规模。
环形倒立摆概述固高科技的环形倒立摆系列产品采用开放的控制解决方案和模块化的实验平台，以旋转运动模块为基础平台，轻松构建环型一级倒立摆, 环形串联两级倒立摆、环形并联两级倒立摆，甚至串并联混合三级摆、四级摆等，全方位满足控制研究的需要。
主要采用MATLAB实验环境，利用Simulink对系统进行建模分析与控制器设计以及仿真，利用Real-Time Windows Target对系统进行实时控制，这样，用户可以很方便的将建模与仿真得到的控制器，方便的用于实际控制，不需要再手动的生成控制器的代码。
环形倒立摆可以用于机电一体化、自动控制、计算机控制、数据采集与信号处理等课程的实验。
实验内容包括实际系统建模与分析、数据采集与处理、控制器设计、参数辨识等实验内容，可以采用的控制理论有经典控制理论、现代控制理论、智能控制理论等。
系统特点¾环形轨道，无机械限位，更适合起摆算法研究实验。
¾采用集电滑环将反馈信号接入控制器，即使摆座无限转动，也不会发生电缆绕结。
¾采用落地式机械结构，无需专用工作台。
¾工业化增量码盘反馈和交流伺服电机驱动。
开放性¾基于PC和DSP运动控制器的开放式硬件平台。
¾ MATLAB和DOS开发环境，提供源代码。
创新性¾随意配置独具个性的实验平台。
¾开发和验证自己的控制算法¾挑战并联摆平衡控制和串联摆起摆等控制难题。
环形倒立摆MATLAB控制界面主要技术参数交流伺服电机功率200W电机编码器2500P/R摆杆编码器600P/R减速比15:1转动半径 (mm) 270 ~ 450旋转范围360°电源要求AC220V 3A重量 (kg) 本体: 72 控制箱: 10尺寸 (L长x 宽 x 高) (mm) 环形一级摆: 700×700×1425 环形串联二级摆: 700×700×1600 摆杆长度 (mm) 环形一级摆: 500 环形串联二级摆: 杆1: 175; 杆2: 500摆杆重量 (kg) 环形一级摆: 0.13 环形串联二级摆: 杆1: 0.06 杆2: 0.13环 形 倒 立 摆订购指南产品代码 产品名称 产品配置GRIP2001 环形一级倒立摆 ARIP-BS-2000 环形摆本体ARIP-R-2001 环形一级摆组件ARIP-EB-2001 环形一级摆电控模块GT-400-SV-PCI-EDU GT-400-SV 型运动控制器SRIP-DOS-2001 环形一级摆DOS 版实验软件（含源代码）S-UP-MAT 固高SIMULINK 通用软件实验平台GRIP2002 环形串联二级倒立摆 ARIP-BS-2000 环形摆本体ARIP-R-2002 串联二级摆组件ARIP-EB-2002 环形串联二级摆电控模块GT-400-SV-PCI-EDU GT-400-SV 型运动控制器SRIP-DOS-2001 环形一级摆DOS 版实验软件（含源代码）SRIP-DOS-2002 串联二级摆DOS 版实验软件（含源代码）S-UP-MAT 固高SIMULINK 通用软件实验平台GRIP2011 环形并联二级倒立摆 ARIP-BS-2000 环形摆本体ARIP-R-2011 并联二级摆组件ARIP-EB-2011 环形并联二级摆电控模块GT-400-SV-PCI-EDU GT-400-SV 型运动控制器SRIP-DOS-2001 环形一级摆DOS 版实验软件（含源代码）SRIP-DOS-2011 并联二级摆DOS 版实验软件（含源代码）S-UP-MAT 固高SIMULINK 通用软件实验平台GRIP2012 环形串并联三级倒立摆 ARIP-BS-2000 环形摆本体ARIP-R-2012 串并联三级摆组件ARIP-EB-2012 环形串并联三级摆电控模块GT-400-SV-PCI-EDU GT-400-SV 型运动控制器SRIP-DOS-2001 环形一级摆DOS 版实验软件（含源代码）SRIP-DOS-2011 并联二级摆DOS 版实验软件（含源代码）SRIP-DOS-2002 串联二级摆DOS 版实验软件（含源代码）S-UP-MAT 固高SIMULINK 通用软件实验平台GCIP2004 复合倒立摆 专利号：ZL 2003 2 0115264.9ACIP-BS-2004 可重构倒立摆本体ACIP-R-2004 可重构摆杆组件S-UP-IPM IPM Motion Studio 软件开发平台S-UP-MAT 固高SIMULINK 通用软件实验平台。
基于深度强化学习的固高直线一级倒立摆控制实验设计冯肖雪 谢天 温岳 李位星(北京理工大学 自动化学院 北京 100086)摘要： 为适应各高校人工智能专业学生对于机器学习领域的学习需求，同时兼顾固高科技直线一级倒立摆控制系统可操作性、实时性和安全性，设计了一套基于深度强化学习的固高直线一级倒立摆控制实验方案。
首先采用深度强化学习算法的无模型控制结构搭建控制器并进行虚拟仿真实验。
考虑倒立摆电机驱动刷新频率的限制以及提高样本处理速度，进一步设计了基于离线Q 学习算法的平衡控制器实现倒立摆实物稳定控制。
该实验方案既加深了学生对人工智能领域知识的理解，也适应了固高科技直线一级倒立摆的应用场景。
关键词： 直线一级倒立摆 深度强化学习 Deep Q Network 算法 Q 学习算法中图分类号： TP319文献标识码： A文章编号： 1672-3791(2023)23-0004-07Experimental Design of Googol's Linear Single Inverted PendulumControl Based on Deep Reinforcement LearningFENG Xiaoxue XIE Tian WEN Yue LI Weixing(School of Automation, Beijing Institute of Technology, Beijing, 100086 China)Abstract: In order to meet the learning needs of students majoring in artificial intelligence in colleges and universi‐ties in the field of machine learning, and take into account the operability, instantaneity and safety of the linear single inverted pendulum control system of Googol Tech, this paper designs an experimental plan for Googol's linear single inverted pendulum control based on deep reinforcement learning. Firstly, this paper uses a model-free control structure of the deep reinforcement learning algorithm to construct a controller and conduct virtual simulation ex‐periments. Considering the limitation of the refresh frequency driven by the inverted pendulum motor and the im‐provement of sample processing speed, it further designs a balance controller based on the offline Q-Learning algo‐rithm to achieve the physical stability control of the inverted pendulum. This experimental plan not only enhances studnets' understanding of the knowledge in the field of artificial intelligence, but also adapts to the application sce‐nario of the linear single inverted pendulum of Googol Tech.Key Words: Linear single inverted pendulum; Deep reinforcement learning; DQN algorithm; Q-Learning algorithm倒立摆控制系统是一种典型的高阶次、非线性、多变量、强耦合的自不稳定系统。
反向间隙补偿功能模块说明固高运动控制器提供了反向间隙进行补偿功能，以降低机械传动反向间隙的影响。
图一X轴累积误差测试（黑线为正向累积误差，粉红线为负向累积误差）对于一般的机械系统来说（如采用丝杠螺母传动或齿轮齿条传动）都会存在反向间隙，由于反向间隙的存在，轴反向运动开始时，累积误差不断加大，增加到完全补偿反向间隙后，累积误差又逐渐趋向于平稳波动。
从正反向回复情况来看，由于无论是从正向到反向或者由反向到正向的换向过程，其反向间隙的影响是相当的。
（如图一所示）但在实际应用中，往往会碰到这样的问题，既在加工一个封闭的曲线时，封闭曲线不能很好的闭合。
从分析知道，若封闭曲线的起点是处于一种“初始状态”（既传动机构当前要运动的方向与先前运动方向相反），对于封闭曲线必然存在由正向到反向和由反向到正向的方向变化次数是相等的，由反向间隙引起的累积误差被抵消了，封闭曲线能够较好的闭合。
当然这种闭合并不意味着消除了反向间隙问题影响，而是反向间隙被转化到了封闭曲线的形状误差里去了。
但如果封闭曲线的起点不是处于“初始状态”（既传动机构当前要运动的方向与先前运动方向相同），那结果就不一样了，因为这必然会导致由正向到反向和由反向到正向的方向变化次数相差一次，体现在最终结果上，是封闭曲线不能很好的闭合。
下图所示的是一个简单的测试是否存在反向间隙的方法，从起点A开始，沿虚线空程运动到B点，然后以B点为起点切割一个整圆，如果B点处存在封口不重合，可判断X轴机械传动存在反向间隙。
一般机床在出厂前都有各项性能指标的测定过程，如利用激光干涉仪测定出相关参数。
当然也可以通过百分表、千分表、或者扭簧表等简易设备进行现场测试，定出反向间隙的参考值。
在得到各个轴的反向间隙值后，就可以用GT_SetBacklash对反向间隙进行自动的补偿了。
但要正确的使用该指令还会碰到一个问题，由于该指令是通过判断运动方向的变化来进行动态补偿的，而运动前的机构的运动方向无法自动得到，被默认为运动初始状态是无反向间隙的。
丽水学院【关键字】设计毕业设计（论文）（2017届）基于运动控制卡的位置闭环PID控制题目系统设计院别工学院指导教师张文辉职称副教授班级机自132班姓名王宽学号2017年4月28日基于运动控制卡的位置闭环PID控制系统设计专业：机械设计制造及其自动化班级：机自132 姓名：王宽指导老师：张文辉摘要随着机电一体化技术的不断发展，制造业对自动化设备的位置精度要求越来越高。
由于机械传动误差、干扰等问题的存在，保守的开环控制在很多场合已经很难满足生产生活的精度要求，因此开发高精度的闭环运动控制器具有非常重要的实用价值和运用前景。
运动控制卡作为上位机的计算机技术日益成熟，功能强大，性能稳定，而且可靠性越来越高。
Labview作为上位机开发程序，编程方便、简洁，而且适用于调用运动控制卡的动态链接库文件去实现编程的可行性。
因此本文全面了解运动控制卡的程序调用方法及其用Labview作为开发语言的用法，使用步进电机驱动系统结合PID算法，实现步进半闭环位置控制的程序编写，并取得了一定效果。
关键词运动控制卡动态链接库Labview 位置PID控制Closed-loop PID control position system design based on motion control cardProfession: Mechanical engineering and automation Class: Machine from 132 Name: Wang Kuan Instructor:Zhang WenhuiAbstract With the development of electromechanical integration technology, the manufactu ring industry is demanding higher and higher precision of automation equipment. Due to m echanical transmission error, interference problems such as the existence of the traditional o pen loop control on many occasions is hard to meet the requirements of the precision of t he production and living, so development high precision closed loop motion controller has very important practical value and application prospect.The computer technology of the motor control card is becoming more and more matur e, the function is strong, the performance is stable, and the reliability is higher and higher. Labview is a programming convenience, simplicity, and application to the dynamic link li brary file that calls the movement control card to implement the feasibility of programmin g. So in this paper, a comprehensive understanding of the movement control card’s program calls the use of the method and its use Lanview as development language, the use of s tepping motor driven system combined with PID algorithm, implementation step and a halfclosed loop position control programming, and obtained the certain effect. Keywords The motion control Dynamic Link Library Labview PID control目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.2 控制系统概述 (1)1.3研究内容 (2)第2章步进电机闭环系统设计 (3)2.1 引言 (3)2.2 电机与驱动器选型 (3)2.2.1 硬件设备的组成 (3)2.2.2 步进电机系统介绍 (4)2.3 运动控制卡选型 (5)2.4 其它元器件选型 (7)2.3.1 限位开关的使用说明 (7)2.3.2 编码器的使用说明 (8)2.5 小结 (8)第3章位置闭环PID控制系统设计 (10)3.1 引言 (10)3.2 Labview 的介绍 (10)3.2.1 动态链接库的调用 (10)3.2.2 调用库函数节点技术 (12)3.3 闭环PID控制系统设计 (14)3.3.1 板卡初始化设计 (14)3.3.2 开启轴并设置好闭环模式 (16)3.3.3 设置运动参数使其规划运动 (16)3.3.4 PID位置调节 (17)3.4 小结 (18)总结 (20)致谢 (21)参考文献 (22)第1章绪论1.1课题背景及意义在当今这个技术与科技飞速发展的时代，运动控制技术及系统的普及和应用在它本有的进步发展道路上，也带动了其他更多产业的发展，并且与微电子技术、传感器技术、计算机技术等技术的发展和科技的进步共同相互协助发展。
