【正文】 ro：采用向導界面，幫助我們設置 I 型卡； P2 Setup32 Pro：采用向導界面，幫助我們設置 2型卡； Turbo Setup32 Pro：采用向導界面，幫助我們設置 Turbo PMAC 卡、 UMAC、QMAC、 MACRO Station； UMAC Config Pro：識別并配置 UMAC 的各種組件； 配置 Pewin32 Pro 組件： 在保證 Pewin32 Pro 軟件正確安裝和被識別的前提下，我們可 以按照如下步驟配置該軟件。 系統包括上位機的控制界面設計 和對控制器的參數整定與調節(jié)以及下位機的運動程序 。 每次 24 V 輔助電壓開啟時 ， 為實現 位置控制 (參數值 MPHASE)， 放大器 需要 啟動信息。試件固定在圓盤上 ， 伺服電機轉動后，通過鋼絲繩傳動，控制試件在一定的時間內轉到指定位置 。 該電機能提供非常高的轉矩和加速度 ， 同時具有定位精度高 、 響應快 、 可靠性好 、 換相性能優(yōu) 、 方便控制等特點 [31]。 ⅳ、進行驅動器的快速調試與自動調整 。 第 18 頁，共 44 頁 表 S620 伺服驅動器參數 額定輸出電流 A 輸出峰值電流 A 額定輸出功率 (KVA) 內部功耗 (W) 交流輸入電源 電壓 (VAC) 20 40 200 230~480 與通用型變頻器、交流主軸驅動器等感應電機控 制用交流調試裝置相比，伺服驅動器的控制相對簡單，驅動器的參數數量較少，其操作與調試均較方便。 伺服驅動器 伺服驅動器選用的是美國 丹納赫 驅動器 S620， 該驅動器具有先進的驅動特性 ， 支持主流現場總線的選件卡 ， 單軸控制器的能力和 I/O 擴展能力 。 實物如圖 所示 : 圖 PMAC 的 PCI 精簡板 PMAC 的 PCI 精簡板 功能強大 ， 具有如下特性 : ⅰ 、 硬件特性 : 控制卡的硬件核心部件 40 MHz DSP56303 CPU， 能夠獨立運行存儲于其內部的程序 ， 也 可以執(zhí)行運動程序和 PLC 程序 ， 同時進行伺服環(huán)更新 ， 對于不同的任務具有優(yōu)先級自動判別功能 ； 512k x 24 位 SRAM 存儲器應用于用戶數據存儲 ，程序存儲和編譯 ； 1M*8 位 flash 存儲器用于用戶備份和固件 ； RS232/RS422串行接口 ， 33 MHz 5V PCI 總線接口 ；兩 通道軸接口電路 ， 每一個包括： ? +/ 10V 模擬量輸出 ? 3 信號 ( A /B /C(Z) )積分編碼器輸入 第 16 頁，共 44 頁 ? 4 個標示信號輸入 ， 2個標示信號輸出 ⅱ 、 軟件特性 支持 S 曲線加減速的直線插補 ； 支持 S 曲線加減速的圓弧插補 ； 控制器點到點快速運動 ； 三次樣條插補模式 spline； 三次隱式樣條插補 PVT； 自動硬件捕捉 /觸發(fā)功能 ； 交互式手動運動 。 它能夠實現 32 軸控制 ， 雖然板上只有 4個軸的接口電路 ，但是通過其外端接口連接 ACC24P 或 ACC24P2板可擴展到 多達 32軸的接口電路 [28]。 PMAC 運動控制器 PMAC(Programmable MulitAxis Controller)是美國 Delta Tau 公司 90 年代推出的開放式可編程多軸運動控制器，它提供運動控制、離散控制、內務處理、同主機的交互等數控的基本功能，它以 MotoroIa 56001 24 位定點數字信號處理 IPC 610 PMAC S620 AKM52K 工作平臺 旋 轉 變 壓 器 第 15 頁，共 44 頁 芯片 為核心，具備強大的功能，是一個真正意義上的開放式平臺，其最大的特點是它提供給用戶的優(yōu)越、特殊的開放性能。 由于交流伺服電機驅動器已經將電流環(huán)和速度環(huán)封裝好 ， 因此我們只需要給出位置環(huán)的輸入量從而進行位置閉環(huán)控制即可 。 系統框圖如圖 ： 圖 伺服系統結構框圖 工控機 運動控制卡 電機驅動 器 電 機 工作平臺 旋 轉 變 壓 器 第 14 頁，共 44 頁 3 伺服系統 硬件 設計 伺服控制系統由 上位 PC 機 IPC6可編程多軸運動控制卡 PMAC、轉接板、伺服驅動器 丹納赫 S6交流伺服電動機 丹納赫 AKM52K 和工作平臺 組成 ，本章分五個小節(jié)介紹各部分系統硬件組成及器件選型和技術參數。上位機監(jiān)控程序可對伺服電機進行運動控制，通過傳動機構，實現試件的速度、位移和運動軌跡控制。 第 13 頁，共 44 頁 伺服系統的構成 該伺服系統主要由工控機、運動控制卡、伺服驅動器、伺服電機、傳動裝置和負載工作平臺等機構組成。 n n d d2是 PMAC控制器提供的 Notch 濾波器所涉及的一些參數 ， PMAC 使用四個變量指定整個陷波濾波器系統 :兩個 (Ix36(n1)和 Ix37(n2))是帶阻濾波器參數兩個 (Ix38(d1)和Ix39(d2))是帶通濾波器參數 。 由于本實驗系統對位置控制的精度和快速性要求較高 ， 隨著比例增益調高到一定程度是系統會振蕩和嘯叫 [25]。 Kaff:加速度前饋增益(Ix35)和 Kvff:速度前饋增益 (Ix32)是前饋增益控制參數 ， 這兩個參數是用來為了減小系統中引入的跟隨誤差 。 將 模擬 PID 控制規(guī)律 進 的離散化 ，得到離散的 PID 模型： ? ?000)()()()1()()()()(unununuuneneTTieTTneKnuDIPniDIP??????????? ????? ?? (式 ) 式中 )()( neKnu PP ? 稱為比例項 ???niIPI ieTTKnu0 )()( 稱為積分項 ? ?)1()()( ??? neneTTKnu DPD 稱為微分項 PID 算法的兩種類型 ： 位置型控制 ： ? ? 00 )1()()()()( uneneTTieTTneKnu niDIP??????? ????? ?? (式 ) 增量型控制 ： ? ? ? ?)2()1(2)()()1()()1()()(?????????????neneneTTKneTTKneneKnununuDPIPP (式 ) PID+速度 /加速度前饋 +Notch 濾波 算法 PMAC 運動控制卡為了提高系統的定位精度 ， 減小定位誤差 ， 為用戶提供了目前伺服過濾器最常采用的 PID+速度 /加速度前饋 +Notch 濾波的控制環(huán)算法 。模擬 PID 調節(jié)器系統組成 圖 所示 ： 圖 模擬 PID 調節(jié)器 [19] PID 調節(jié)器的微分方程： ?????? ??? ? t DIP dttdeTdtteTteKtu0)()(1)()( (式 ) 式中 )()()( tctrte ?? ， PID 調節(jié)器的傳輸函數 ： ?????? ???? STSTKSE SUSD DIP11)( )()( (式 ) PID 調節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用 ： ⅰ 、比例環(huán)節(jié)：即時成比例地反應控制系統的偏差信號 e(t)，偏差一旦產生，調節(jié)器立即產生控制作用以減小偏差。 其中主要是因為 PID 控制器機構簡單 ， 有較好的系統穩(wěn)定性 ， 能夠可靠工作 ， 調節(jié)方便 。 PMAC 具有 16 為 DAC 輸出 [17]。 PMAC 由硬件電路完成，只有二十幾毫秒。通過對 PMAC 有關地址的更改，就可實現對程序的仿真運行 ，而 傳統的數據系統需要在上位機上開發(fā)仿真軟件。 比較常用的 運動控制卡有：深圳眾為興數控技術有限公司的 Adt 運動控制卡、深圳固高 GM400 運動控制卡、摩信公司的運動控制卡、美國 Delta Tau 公司的 PMAC 運動控制卡等 。脈沖計數可用于編碼器的位置反饋，提供機器準確的位置，糾正傳動過程中產生的誤差 [15]。 缺點： PID 參數整定 ， 需要更多的連線 。 方案三 ：電機選用 交流 伺服 電機。 方案二：選用直流伺服電機。 步進電機優(yōu)缺點： 優(yōu)點： 電機旋轉的角度正比于脈沖數； 電機停轉的時候具有最大的轉矩（當繞組激磁時） ； 由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運動的重復性；優(yōu)秀的起停和反轉響應；由于沒有電刷，可靠性較高，因此電機的壽命僅僅取決于軸承的壽命；電機的響應僅 由數字輸入脈沖確定，因而可以采用開環(huán)控制，這使得電機的結構可以比較簡單而且控制成本 ； 僅僅將負載直接連接 [13]。 角位移，則電機在 0 ~50 毫秒內 的平均角加速度為 1000rad/s2， 電機在 50毫秒內轉動了 轉， 平均轉速 為 (即 1128r/min)。 5%。 對可編程多軸控制器 PMAC 的編程軟件、 參數整定過程 和基本指令 進行了詳細介紹 ， 給出了 PMAC 的 中的 PVT運動控制程序和 上位機控制 程序 。 第 3 章設計了控制系統的硬件 。因此說一個良好控制系統，是保證系統精度和性能的基礎，運動控制器一直是交流伺服控制中的核心部分，一直是 研制任務中關注的重點。國外品牌占據了中國交流伺服市場 85％左右的份額，他們來自日本、德國和美國。但由于其引進的技術屬淘汰的落后技術，自主消化吸收沒有突破，導致沒有實現產業(yè)化。m，電機軸承有混合陶瓷軸承、液靜壓軸承、磁浮軸承三種，采用水管冷卻，且內置位置傳感器供加工中心 ATC 之用。為了適應這一需求，一些工業(yè)發(fā)達國家相繼推出直線電機、高速主軸電機，而且付諸實用。目前已能滿足在 2ms 內，使一臺控制器與多達 32 個伺服系統實現數據通信。到了 1994 年， SERCOS 成為控制器與數字伺服驅動系統接口的國際標準并作為 IEC61491 標準獲得通過，因此具有開放性，迄今成員已增加到 70多個公司。 “ 軟形式 ” 上存在從控制策略的角度著手提高伺服系統性能的研究和探索。在數控機床的應用領域，永磁式直流電動機占統治地位，其 控制電路簡單，無勵磁損耗，低速性能好 [7]。本文在 PMAC 中引入 PID 調節(jié)，以獲得良好的穩(wěn)定性能和動態(tài)性能。 PC 機 + 可編程運動控制器作為開放式數控系統的一種，它支持用戶的開發(fā)和擴展，具有上、下兩級開放的特性，結合 PC 機友好人機界面和可編程運動控制器強大的控制計算能力，更能彌補單一模式在開放式數控系統設計中的不足 []。 自80年代末開放式數控系統的概念出現以來 ， 至今基本形成了 3種類型的結構：在專有系統中簡單的嵌入 PC 技術；運動控制器以 PC 插件的形式插入到 PC 機擴展槽；完全采用以通用 PC 為硬件平臺的全軟件型數控系統 [2]。第 1 頁，共 44 頁 1 緒論 課題背景及研究意義 自動控制系統不僅在理論上飛速發(fā)展，在其應用器件上也日新月異。 開 放式數控系統是一項起步不久的新技術 ， 是當今數控技術發(fā)展的趨勢 。開放式數控系統 具有良好的軟硬件重構特性，更能有效地滿足當今市場的需求，已成為數控系統發(fā)展的主要趨勢 。 PID 調節(jié)器可以實現智能化 是因為 PID 調節(jié)器比較完整地模擬人工的粗調、精調和提前調的動作，而 PID 調劑的魯棒性 [5]則是在一個交寬范圍內變化 [6]。 第二個發(fā)展階段（ 20 世紀 60－ 70 年代），這一階段是直流伺服電動機的誕生和全盛發(fā)展的時代，由于直流電動機具有優(yōu)良的調速性能，很多高性能驅動裝置采用了直流電動機，伺服系統的位置控制也由開環(huán)系統發(fā)展成為閉環(huán)系統。有些努力已經取得了很大的成果， “ 硬形式 ” 上存在包括提高制作電機材料的性能，改進電機結構，提高逆變器和檢測元件性能、精度等研究方向和努力。最初加入 SERCOS 工作組的公司有 AEC、 ABB、 AMK、 Banmuller、 Bosch、 Indramat、 Siemens、 PacificScientific等幾家公司。雖然 SERCOS 接口初終是為 CNC 與數字伺服接口而開發(fā)，迄今已被廣泛應用于通用運動控制器與數字伺服之間的接口。 輕質 (如銅、木材、鋁合金等 )、復合材料在汽