开题报告撰写格式要求及范例(共13页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上注意：1、在撰写开题报告时，页面设置和排版严格根据本格式，正式提交时，需把红色注释去掉，并全文排版整齐。2、学生在毕设系统中按照要求将开题报告内容分别填写完毕后，必须将开题报告的word以及PDF版本作为附件上传系统。南京工程学院自动化学院 本科毕业设计（论文）开题报告 题 目： 双电机同轴驱动控制系统设计 专 业： 自动化 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2017年3月说 明1根据南京工程学院毕业设计(论文)工作管理规定，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见、教研室审查，院系分管教学领导批准后实施。2开题报告是毕业设计（论文）答辩委员

2、会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于3000字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。5开题报告检查原则上在第24周完成，各院系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。本科毕业设计(论文)开题报告学生姓名学号专 业自动化指导教师职 称所在院系自动化学院课题来源课

3、题性质工程设计课题名称双电机同轴驱动控制系统设计毕业设计的内容和意义 【1、文字格式：五号，宋体，英文及字母为“新罗马”字体；行间距：固定值20磅；段前段后均为0行。】【2、毕业设计内容部分，要结合论文研究内容，用2-3句话简述毕业设计研究内容所属的研究领域、该领域面临的主要问题、本次毕业设计要解决其中的哪些问题，最后逐条列出毕业设计的阶段性内容，如“XX系统硬件设计、XX系统软件设计、XX算法设计与实现”等。此处研究内容应具有概括性，每一条应该是几周工作内容的概括，不需要展开说明。 字数350字左右】课题内容：在工业上，现代科学技术的飞速发展，对伺服系统提出了越来越高的性能指标要求

4、。伺服系统必须具备驱动高角速度、角加速度负载的能力，甚至要求多电机同步传动，并具有良好的跟踪精度和动态品质，以及满足大功率的发展要求。目前，多电机同步高精度传动已成为伺服控制领域的研究热点，且越来越广泛地应用于各种领域中。在此趋势下，本文研究双电机同轴驱动控制系统的控制模式，实现基于CANopen的一种双电机同轴驱动控制器设计，主要内容包括：1) 双电机同轴驱动控制系统的结构和框架设计；2) 基于STM32F407的硬件设计和电气电路设计；3) 双电机运动控制的常用算法设计；4) 双电机控制系统的MATLAB仿真研究；5) CAN总线及CANopen高级协议的底层代码实现；6) 双电机控制代码

5、编写、显示界面及上位机设计；7) 系统整体调试与测试。【课题意义部分，要结合毕业设计所属领域、以及该领域发展面临的问题，阐述设计内容对解决实际工程问题的作用和意义。如“研究XX被控对象或过程的影响因素及其影响原理，建立XX的数学模型，为XX的控制提供理论依据；研究XX系统的XX控制算法，结合工程实践研制XX控制系统，为XX过程的XX控制提供思路”。字数350字左右】课题的意义：传统的伺服系统多采用单一电机实现单轴控制，但是电机的输出转矩有一定的限制，当需要较大的驱动功率时，必须特制功率与之相匹配的驱动电机和伺服驱动器，使得系统的成本上升，传动系统安装空间增大，而且过大输出功率的电机会受到制造工

6、艺和电机性能的影响。随着大功率驱动系统需求的增多，以及满足一些特定系统对于控制精确度的要求，多电机同轴驱动的研究也变得越来越重要。由于单电机的输出功率有限，有时需采用双电机驱动甚至多电机驱动。双电机驱动不仅能够很好的解决系统的功率要求，还可以完全消除传动过程中齿隙的影响，提高了系统控制的精确度。双电机驱动系统在理论上的优势为消除机械传动系统的传动间隙提供了新的思路，同时，对它的深入研究可以提供一些多电机联动控制理论参考及消除传动间隙新的控制方法。文献综述【要求：1、文献综述是毕业设计内容、意义、必要性的展开论述，要详尽具体，要通过引用、归纳前人的研究成果，说明为什么要做该课题的毕业设计，指出毕

7、业设计开展的依据，一般应指出其创新性，即符合学科发展、具有工程意义，能够解决何种工程或科学问题。2、在查阅国内外相关文献基础上，一般应该包括课题的基本概念、基本原理、发展状况（可以按国内外，或者其他分类方法展开论述，主要说明大家在该领域主要在做什么，采用了什么手段，达到了什么效果），面临的问题（有哪些，有关这些问题解决的瓶颈在哪里），你的毕业设计针对这些问题中的哪些方面，准备采用什么方法解决其中的什么问题；3、文献综述不是你所查阅文献堆砌，必须对其进行总结、归类，分类提炼出文献对毕业设计领域的贡献，在此基础上，指出毕业设计的内容；4、文献综述的字数要求2500字以上（不包括参考文献字数），文献

8、综述的内容和叙述要具体，不能空洞。5、文献综述引用的文献数量，要求15篇以上，其中近5年的期刊论文不少于10篇，且至少1篇英文文献。6、参考文献格式，要严格按照范例中的要求规范编写；（1）所有的参考文献，须按照顺序在文献综述的对应处进行标注或引用；（2）引用时，须使用英文模式下的中括号，即 ；不能使用中文模式下的中括号，即【 】。（3）根据实际情况，分别用上标引用或直接引用。直接引用：“文献1介绍了一种多电机控制算法.”，上标引用：“多电机控制算法1被应用到实际系统中”。建议多采用上标引用。（4）引用文献标注避免出现多篇文献全部集中在段前标题或者段尾的标注形式，例如“国内外现状5-11”。文献

9、综述围绕基于双电机同轴驱动控制系统这一课题为中心，查阅相关书籍以及相关的学术论文和期刊杂志，对于涉及到此课题的相关知识进行了仔细的阅读和研究，了解并掌握与课题相关的知识要点，现文献综述如下：1）基本原理：传统的伺服系统多采用单一电机实现单轴控制，但是电机的输出转矩有一定的限制，当伺服系统需要较大的驱动功率时，必须特制功率与之相匹配的驱动电机和伺服驱动器 1。随着大功率驱动系统需求的增多，以及满足一些特定系统对于控制精确度的要求，研究用两个甚至多个电机共同完成单轴的驱动任务可以满足上述任务。伺服系统中通常釆用齿轮系统传递速度和扭矩，在哨合轮齿的装配过程中，齿廊之间需要留有间隙。齿侧间隙的存在会产

10、生齿间冲击，影响齿轮传动的平稳性，进而影响了伺服系统的伺服性能，同时摩擦非线性等因素也是重要的影响因素。在高精度的应用场合，如：高精度数控机床、机器人位姿控制、雷达天线系统等，齿隙问题严重影响了整个系统的动态性能和稳态精度。为了消除齿隙非线性对伺服系统造成的影响，双电机驱动系统是一种新颖可靠的解决方式，双电机系统改变以往传统的单电机驱动模式，电机多釆用对称方式布置在输出终端，通过合理控制两台电机的输出力矩达到可靠消除传动间隙的目的。2）基本方法：随着近年来伺服系统的发展，多电机传动已被越来越广泛地应用于各种领域中。为了提高多电机传动系统的动态和稳态性能，以及满足一些特定系统对于多电机精确同步的

11、要求，多电机同步控制方法的研究也变得越来越重要。双电机驱动系统在理论上的优势为消除机械传动系统的传动间隙提供了新的思路，同时，在控制方面也提出了特殊的要求，对它的深入研究可以提供一些多电机联动控制理论参考及消除传动间隙新的控制方法。与现有的双电机驱动消隙控制方法相比，增加了对两台电机的输出力矩实施动态控制，使双电机系统的控制方法更加完善，使传动系统在工作过程中具有良好的动、静态特性，对于提高机床的传动精度有很强的现实意义。一个优秀的同步控制方法要兼顾系统的时间和空间两个方面，因此同步控制方法的研究要深入到速度和位置的双重同步1。已有的方法通常采用差电流负反馈，通过对电流的均衡控制从而现多电机的

12、同步联动控制2。但由于电机参数的不一致性，电流一致并不一定能使各电机的力矩、速度完全一致，通常可以采用一种“差速负反馈”同步联动的控制方案3。在多电机同步控制中，各电机之间实时的数据通信是很重要的。为了满足这个要求，检测每个电机的速度和位置数据以及传送指令都需要大量复杂的数据信号线。因此传统的通信技术可能因为接线复杂、噪音以及数据线的维护而降低系统的可靠性，增加成本。现场总线的出现解决了多电机控制之间的可靠通讯问题4。3）基本特点：相对于传统的单一电机实现单轴控制，双电机同轴驱动控制系统具有一系列的优势，因而具有非常重要的理论意义和广阔的应用前景。该驱动控制系统具有如下优势5：(1) 驱动总功

13、率提高；(2) 驱动系统成本有效降低；(3) 系统的通用性和可靠性提高；(4) 驱动精确度提高；(5) 驱动系统中，电机占用体积小，节省空间。4) 国内外研究进展在国内外，许多科研人员对多电机联动控制系统的众多方面都有所探讨，如齿隙非线性、动力学分析、系统建模、电机同步，控制策略等，提出了很多有益的见解。随着对齿隙研究的不断深入和非线性理论的快速发展，齿隙非线性的研究对象变得更为复杂，从齿隙在系统端部到齿隙在系统中间，到兼有摩擦、死区、饱和等其它非线性；建立在现代控制理论基础上的新方法不断出现，自适应控制理论、变结构控制理论、智能控制理论、非线性几何理论等成为研究齿隙非线性的有力工具；控制方法

14、也更为复杂，逆模型方法、碰撞分析法、线性控制基础上的补偿方法以及分阶段控制法等使得对齿隙非线性的研究更加符合实际应用情况6。徐杰等7以双电机同步联动伺服系统为例，研究了多电机同步联动系统的机械结构以及齿轮间的啮合关系，利用机理分析法，分析了齿轮啮合动力学以及多电动机联动的动力学原理，并建立了双电机同步联动伺服系统的无齿隙理想动力学模型和含齿隙双电机同步联动伺服系统的动力学模型。多电机驱动控制系统在工业生产中广泛存在，从驱动电机之间的连接关系来看一般可分为两类8：一类是各电机之间相互独立、电机之间不存在物理连接，采用多电机同步驱动。另一类是各电机间存在柔性或刚性的物理连接，各电机的工作状态有相互

15、影响，彼此之间存在着严重的耦合作用9。文献综述在双电机或多电机消除齿隙影响的理论研究中，根据双电机消隙的基本原理，采用了两个电机施加偏置力矩的方案10，在对施加偏置力矩的方案进行了探索，定性说明了齿隙大小与偏置力矩的关系11,12。5) 多电机驱动技术的应用情况伺服系统广泛应用于工业生产的各个领域，已经成为工业自动化的支撑技术之一。人们对伺服系统的性能要求也逐渐提高。提高伺服系统的精度和性能是有效提高数控机床、机器人、大型雷达等装备性能的重要途径之一13。一个优秀的伺服系统控制方法要兼顾系统的时间和空间两个方面，因此同步控制方法的研究要深入到速度和位置的双重同步，它的成功研究就可以应用到军事、

16、航空以及一般工业技术领域中，为需要统一动作功能的多台电机提供协调控制技术支持。双电机驱动系统是一种新颖可靠的机电传动方式，正逐渐广泛应用于高精度设备中14。双电机系统改变以往传统的单电机驱动模式，电机多釆用对称方式布置在输出终端，通过合理控制两台电机的输出力矩达到可靠消除传动间隙的目的，可以广泛应用于如机器人关节，高精度机床、雷达天线回转工作台等高精度系统上面15。军事、航空以及一般工业技术领域中，比如雷达天线的自动瞄准跟踪控制、高射炮，战术导弹发射架的瞄准运动控制，坦克，军舰的炮塔运动控制等，其转台控制不仅有跟踪精度方面的要求，还有功率方面的要求。由于单电机的功率难以做大，有时需采用双电机驱

17、动甚至多电机驱动。双电机驱动不仅能够很好的解决系统的功率要求，还可以完全消除传动过程中齿隙的影响。用两台电机分担力矩，共同驱动同一个轴的伺服系统。在这个系统中，两台电机速度和转角的精确同步是最关键的，可以采用已被广泛应用的非耦合控制算法和传统的耦合控制算法16。当系统受到动态干扰时，电机同步与跟踪系统给定值之间不能协调时，改进的耦合控制算法强调两台电机的精确同步，而不是绝对地跟踪系统给定值。该伺服系统中，传统的通信技术可能因为接线复杂、噪音以及数据线的维护而降低系统的可靠性，增加成本。为了解决这个问题，采用基于CAN总线通信的多电机同步控制系统模型17。因为CAN总线的特点，使得系统接线简单，

18、易于修改和完善，并且可以达到系统对于实时性和稳定性的要求。CAN总线协议只包括物理层和数据链路层，而CANopen在其基础上规定了应用层的协议，因此协议层就采用CANopen协议，而针对伺服驱动设备，所以选用的子协议就是 DS-402协议即可。文献综述现代科技的发展，对大功率、大惯量、高精度的数字伺服系统的需求日益广泛。在此趋势下，大功率伺服电机调速系统着眼于转动惯量大的负载，采用双电机同步驱动控制技术，可以很好地实现无极变频调速和控制18。参考文献：要求：1、文献综述引用的文献数量，要求15篇以上，其中近5年的期刊论文不少于10篇，且至少1篇英文文献。2、参考文献的表示格式为： 著作：序号作

19、者.译者.书名M.出版地:出版社，出版时间.期刊：序号作者.译者.文章题目J.期刊名，年份，卷号(期数):引用部分起止页.会议论文集：序号作者.译者.文章名C.文集名.出版地:出版者，出版时间:引用部分起止页.学位论文：序号作者.题名D.保存地点：保存单位，年份.1 丁勇，张吉堂.基于CAN总线的伺服电机正反转同步控制J.机床与液压，2014，42(4)：95-97.2 李连升.现代雷达伺服控制M.北京：国防工业出版社，1987. 3 徐杰，金海，鲁文其.基于CAN总线通信的双电机速度联动控制系统设计J.浙江理工大学学报，2015，33(2)：209-213.4 李钢.基于CANopen的多轴

20、运动控制器设计D.西安工程大学，2012.5 许万.基于实时以太网的多轴运动控制系统研究D.武汉：华中科技大学，2009.6 袁军.双电机同步联动伺服控制系统研究D.电子科技大学，2011.7 黄磊.基于双电机驱动系统的间隙消除技术研究D.武汉：华中科技大学，2007.8 刘涛，王宗义，孔庆磊，等.基于CAN总线的多电机协调运动控制系统研究J.机床与液压，2010，38(3)：75-77.9 林志添.基于CANopen协议的步进电机闭环驱动系统的研究D.华南理工大学，2013.10 张捍东，徐龙，岑豫皖.CANopen协议及在ARM控制多电机驱动器系统中的应用与设计J.自动化与仪器仪表，201

21、1 (2)：40-43.11 王玮，史伟民，鲁文其，等.基于CAN总线的多轴位置伺服联动系统设计与性能分析J.浙江理工大学学报，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，鲁文其.基于CAN总线通信的双电机速度联动控制系统设计J.浙江理工大学学报，2015，3

22、3(2)：209-213.14 刘艳.多电机同步控制系统控制策略研究D.沈阳工业大学，2013.15 程鹏飞.多电机组合电动舵机的研究D.哈尔滨工业大学，2010.16 孙怡.基于模糊PID控制的多电机同步控制系统的研究D.上海：华东理工大学，2012.17 戴钦来，马钧华.基于ARM和DSP的多轴伺服系统以太网通信J.轻工机械，2011，29(1):62-66.18 马成才.基于CANopen协议的交流伺服驱动器从站研究D.南京航空航天大学，2012.研究内容要求：研究内容部分，具体介绍毕业设计中的关键技术与有待解决的问题，需要详细叙述解决问题的困难以及作者准备采用什么样的方法、途径、手段来

23、解决该类问题。该部分内容一般包括作者拟采用的基本原理、结构框架、子结构的功能描述及实现手段，预计要面临的问题、相关协议、硬件及专用集成电路与技术、关键流程和步骤，可以配简单的系统结构框图来说明解决问题的方法。此处只是功能结构的具体而非详细描述，介绍清楚相关方法即可。这里的“问题”是指课题所涉及的难题或关键点，而不是诸如学习某软件等一般的问题。本次毕业设计主要是以STM32F407为主控芯片，采用CAN总线通讯方式，通过控制Solo Whistle数字伺服驱动器完成双电机的同轴驱动，制作人机交互界面，实现PC机和控制系统的数据传输和显示。本课题重点研究利用数字PID，实现双电机的双闭环控制，完成

24、双电机的同轴驱动。一、系统结构框图根据系统的任务要求，初步确定的整个系统的总体框图如下图一所示：研究内容图一: 系统的总体框图具体描述：完成了一种基于CAN总线通信的双电机的同轴驱动控制系统，采用CAN总线技术，可以减少系统接线的复杂性，从而增加系统的可靠性。利用数字PID，通过对双电机进行双闭环控制，完成双电机的同轴驱动。二、研究内容1. STM32主控系统硬件设计根据控制系统的体系结构和功能模块要求确定硬件器件选型和具体实现方案，并进行相应硬件的电路设计，同时简要地对系统硬件各个模块的工作原理进行了阐述。内容包括主处理器模块、电源管理模块、实时显示模块和CAN通讯接口模块等电路的设计及测试

25、。2. 双电机运动控制的常用算法研究运动控制系统需要设计一个性能良好的速度环。由于采取了双电机驱动的方式，所以必须保证电机速度很好的同步，这不仅要求在系统匀速运转时达到同步，更重要的是必须在系统加/减速的动态过程中，电机也能协调一致的运行。因此，有必要研究同步联动的原理以及它对系统动态性能的影响。3. CAN总线及针对伺服电机的402协议在进行控制系统的开发时，必须考虑各个总线的特点，结合产品的需要和技术发展的主流，选择适合自己产品的总线，所以基于以上原因，在了解和考察了各个总线的特点并配合Solo Whistle数字伺服驱动器，采用了CAN总线及针对伺服电机的402协议作为控制器的控制网络。

26、4. 双电机控制软件利用Keil进行编程，完成主控与电机驱动的通讯，最终控制电机，进行同轴驱动。为了能够实时反应当前系统状态和便于后续测试，需要设计人机交互界面进行数据反馈，在测试时，可以并将数据实时反馈到上位机和显示界面便于排查和调试。研究计划【 1、研究计划可以参考任务书中的具体任务及时间节点安排，需要具体清楚表述时间节点上的工作内容，如完成XX带宽滤波器设计、实现XX倍放大电路设计、完成XX算法的matlab模型，不能简单抄写任务书中的进度安排。2、“研究计划”不能简单复制拷贝教师任务书中的内容，需要将研究内容中的主要内容按照时间进度合理规划。3、“研究计划”部分不要出现“撰写开题报告，

27、撰写论文、准备答辩”等与课题研究步骤不相关的内容。研究计划写到第16周】 第01-02周：系统总体结构与框架研究。系统需求及功能设计，系统框架与结构设计，关键技术、问题及解决方案。第03-04周：熟悉STM32F407软硬件基础知识及设计需求分析。了解双电机同轴驱动控制系统的组成，以及电气电路的总体设计。第05-06周：控制系统硬件、控制电路设计和搭建。各类芯片、电子元器件的准备和电动机、电动机驱动等的选型，并且制作完成控制电路PCB。第07-08周：双电机运动控制的常用算法与MATLAB仿真。通过熟悉数字PID算法，并用MATLAB仿真，实现电机运动控制的稳定运行等。第09-10周：CAN总

28、线及CANopen高级协议的底层代码实现。熟悉针对伺服电机的402协议，用C代码编程完成对电机的控制。第11-12周：双电机控制代码编写、上位机和显示界面设计。利用Keil进行编程，完成主控与电机驱动的通讯，最终控制电机，进行同轴驱动，并将数据实时反馈到上位机和显示界面。第13-14周：双电机控制系统整体调试与测试。基本实现双电机的同轴驱动，并观察运行效果。第15-16周：连续测试运行，对系统整体进一步优化。特色与创新特色与创新部分，结合该设计的内容，介绍不同于别人的算法、硬件电路、通信协议、软件结构等特色或创新点。除了从没出现过的算法、电路、软件，首次应用到本领域也可以构成创新与特色以STM

29、32F407为主控制器，该主控制器以ARM Cortex-M4为内核，集成了新的DSP和FPU指令，能显著提升控制算法的执行速度和代码效率，满足了双电机同轴驱动控制系统对实时性、快速性的要求。通信方式采用CAN总线来构成整个控制网络，并在此基础上应用了针对伺服电机的402协议，使整个控制系统更加高效、稳定和简洁。当伺服系统需要较大的驱动功率时，必须特制功率与之相匹配的驱动电机和伺服驱动器，所采用的双电机同轴驱动不仅能够很好的解决系统的功率要求，还可以完全消除传动过程中齿隙的影响，提高了系统控制的精确度。 指导教师意 见指导教师签名： 年 月 日 教研室意见主任签名： 年 月 日院部意见 教学院长签名： 年 月 日专心-专注-专业