【正文】 ro：采用向?qū)Ы缑?，幫助我們設(shè)置 I 型卡； P2 Setup32 Pro：采用向?qū)Ы缑妫瑤椭覀冊O(shè)置 2型卡； Turbo Setup32 Pro：采用向?qū)Ы缑?，幫助我們設(shè)置 Turbo PMAC 卡、 UMAC、QMAC、 MACRO Station； UMAC Config Pro：識(shí)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(shí)別的前提下，我們可 以按照如下步驟配置該軟件。 系統(tǒng)包括上位機(jī)的控制界面設(shè)計(jì) 和對控制器的參數(shù)整定與調(diào)節(jié)以及下位機(jī)的運(yùn)動(dòng)程序 。 每次 24 V 輔助電壓開啟時(shí) ， 為實(shí)現(xiàn) 位置控制 (參數(shù)值 MPHASE)， 放大器 需要 啟動(dòng)信息。試件固定在圓盤上 ， 伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，通過鋼絲繩傳動(dòng)，控制試件在一定的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)到指定位置 。 該電機(jī)能提供非常高的轉(zhuǎn)矩和加速度 ， 同時(shí)具有定位精度高 、 響應(yīng)快 、 可靠性好 、 換相性能優(yōu) 、 方便控制等特點(diǎn) [31]。 ⅳ、進(jìn)行驅(qū)動(dòng)器的快速調(diào)試與自動(dòng)調(diào)整 。 第 18 頁，共 44 頁 表 S620 伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù) 額定輸出電流 A 輸出峰值電流 A 額定輸出功率 (KVA) 內(nèi)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(qū)動(dòng)器等感應(yīng)電機(jī)控 制用交流調(diào)試裝置相比，伺服驅(qū)動(dòng)器的控制相對簡單，驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)數(shù)量較少，其操作與調(diào)試均較方便。 伺服驅(qū)動(dòng)器 伺服驅(qū)動(dòng)器選用的是美國 丹納赫 驅(qū)動(dòng)器 S620， 該驅(qū)動(dòng)器具有先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)特性 ， 支持主流現(xiàn)場總線的選件卡 ， 單軸控制器的能力和 I/O 擴(kuò)展能力 。 實(shí)物如圖 所示 : 圖 PMAC 的 PCI 精簡板 PMAC 的 PCI 精簡板 功能強(qiáng)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(dú)立運(yùn)行存儲(chǔ)于其內(nèi)部的程序 ， 也 可以執(zhí)行運(yùn)動(dòng)程序和 PLC 程序 ， 同時(shí)進(jìn)行伺服環(huán)更新 ， 對于不同的任務(wù)具有優(yōu)先級(jí)自動(dòng)判別功能 ； 512k x 24 位 SRAM 存儲(chǔ)器應(yīng)用于用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ) ，程序存儲(chǔ)和編譯 ； 1M*8 位 flash 存儲(chǔ)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(gè)包括： ? +/ 10V 模擬量輸出 ? 3 信號(hào) ( A /B /C(Z) )積分編碼器輸入 第 16 頁，共 44 頁 ? 4 個(gè)標(biāo)示信號(hào)輸入 ， 2個(gè)標(biāo)示信號(hào)輸出 ⅱ 、 軟件特性 支持 S 曲線加減速的直線插補(bǔ) ； 支持 S 曲線加減速的圓弧插補(bǔ) ； 控制器點(diǎn)到點(diǎn)快速運(yùn)動(dòng) ； 三次樣條插補(bǔ)模式 spline； 三次隱式樣條插補(bǔ) PVT； 自動(dòng)硬件捕捉 /觸發(fā)功能 ； 交互式手動(dòng)運(yùn)動(dòng) 。 它能夠?qū)崿F(xiàn) 32 軸控制 ， 雖然板上只有 4個(gè)軸的接口電路 ，但是通過其外端接口連接 ACC24P 或 ACC24P2板可擴(kuò)展到 多達(dá) 32軸的接口電路 [28]。 PMAC 運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制器，它提供運(yùn)動(dòng)控制、離散控制、內(nèi)務(wù)處理、同主機(jī)的交互等數(shù)控的基本功能，它以 MotoroIa 56001 24 位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理 IPC 610 PMAC S620 AKM52K 工作平臺(tái) 旋 轉(zhuǎn) 變 壓 器 第 15 頁，共 44 頁 芯片 為核心，具備強(qiáng)大的功能，是一個(gè)真正意義上的開放式平臺(tái)，其最大的特點(diǎn)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(jī)驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)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(jìn)行位置閉環(huán)控制即可 。 系統(tǒng)框圖如圖 ： 圖 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 工控機(jī) 運(yùn)動(dòng)控制卡 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器 電 機(jī) 工作平臺(tái) 旋 轉(zhuǎn) 變 壓 器 第 14 頁，共 44 頁 3 伺服系統(tǒng) 硬件 設(shè)計(jì) 伺服控制系統(tǒng)由 上位 PC 機(jī) IPC6可編程多軸運(yùn)動(dòng)控制卡 PMAC、轉(zhuǎn)接板、伺服驅(qū)動(dòng)器 丹納赫 S6交流伺服電動(dòng)機(jī) 丹納赫 AKM52K 和工作平臺(tái) 組成 ，本章分五個(gè)小節(jié)介紹各部分系統(tǒng)硬件組成及器件選型和技術(shù)參數(shù)。上位機(jī)監(jiān)控程序可對伺服電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)試件的速度、位移和運(yùn)動(dòng)軌跡控制。 第 13 頁，共 44 頁 伺服系統(tǒng)的構(gòu)成 該伺服系統(tǒng)主要由工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、傳動(dòng)裝置和負(fù)載工作平臺(tái)等機(jī)構(gòu)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(shù) ， PMAC 使用四個(gè)變量指定整個(gè)陷波濾波器系統(tǒng) :兩個(gè) (Ix36(n1)和 Ix37(n2))是帶阻濾波器參數(shù)兩個(gè) (Ix38(d1)和Ix39(d2))是帶通濾波器參數(shù) 。 由于本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對位置控制的精度和快速性要求較高 ， 隨著比例增益調(diào)高到一定程度是系統(tǒng)會(huì)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(shù) ， 這兩個(gè)參數(shù)是用來為了減小系統(tǒng)中引入的跟隨誤差 。 將 模擬 PID 控制規(guī)律 進(jìn) 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(xiàng) ???niIPI ieTTKnu0 )()( 稱為積分項(xiàng) ? ?)1()()( ??? neneTTKnu DPD 稱為微分項(xiàng) 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(yùn)動(dòng)控制卡為了提高系統(tǒng)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(diào)節(jié)器系統(tǒng)組成 圖 所示 ： 圖 模擬 PID 調(diào)節(jié)器 [19] PID 調(diào)節(jié)器的微分方程： ?????? ??? ? t DIP dttdeTdtteTteKtu0)()(1)()( (式 ) 式中 )()()( tctrte ?? ， PID 調(diào)節(jié)器的傳輸函數(shù) ： ?????? ???? STSTKSE SUSD DIP11)( )()( (式 ) PID 調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用 ： ⅰ 、比例環(huán)節(jié)：即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào) e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。 其中主要是因?yàn)?PID 控制器機(jī)構(gòu)簡單 ， 有較好的系統(tǒng)穩(wěn)定性 ， 能夠可靠工作 ， 調(diào)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(guān)地址的更改，就可實(shí)現(xiàn)對程序的仿真運(yùn)行 ，而 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)需要在上位機(jī)上開發(fā)仿真軟件。 比較常用的 運(yùn)動(dòng)控制卡有：深圳眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司的 Adt 運(yùn)動(dòng)控制卡、深圳固高 GM400 運(yùn)動(dòng)控制卡、摩信公司的運(yùn)動(dòng)控制卡、美國 Delta Tau 公司的 PMAC 運(yùn)動(dòng)控制卡等 。脈沖計(jì)數(shù)可用于編碼器的位置反饋，提供機(jī)器準(zhǔn)確的位置，糾正傳動(dòng)過程中產(chǎn)生的誤差 [15]。 缺點(diǎn)： PID 參數(shù)整定 ， 需要更多的連線 。 方案三 ：電機(jī)選用 交流 伺服 電機(jī)。 方案二：選用直流伺服電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： 電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)； 電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)候具有最大的轉(zhuǎn)矩（當(dāng)繞組激磁時(shí)） ； 由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會(huì)將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性；優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)；由于沒有電刷，可靠性較高，因此電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命；電機(jī)的響應(yīng)僅 由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開環(huán)控制，這使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以比較簡單而且控制成本 ； 僅僅將負(fù)載直接連接 [13]。 角位移，則電機(jī)在 0 ~50 毫秒內(nèi) 的平均角加速度為 1000rad/s2， 電機(jī)在 50毫秒內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)了 轉(zhuǎn)， 平均轉(zhuǎn)速 為 (即 1128r/min)。 5%。 對可編程多軸控制器 PMAC 的編程軟件、 參數(shù)整定過程 和基本指令 進(jìn)行了詳細(xì)介紹 ， 給出了 PMAC 的 中的 PVT運(yùn)動(dòng)控制程序和 上位機(jī)控制 程序 。 第 3 章設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件 。因此說一個(gè)良好控制系統(tǒng)，是保證系統(tǒng)精度和性能的基礎(chǔ)，運(yùn)動(dòng)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(wù)中關(guān)注的重點(diǎn)。國外品牌占據(jù)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(jìn)的技術(shù)屬淘汰的落后技術(shù)，自主消化吸收沒有突破，導(dǎo)致沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。m，電機(jī)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(nèi)置位置傳感器供加工中心 ATC 之用。為了適應(yīng)這一需求，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼推出直線電機(jī)、高速主軸電機(jī)，而且付諸實(shí)用。目前已能滿足在 2ms 內(nèi)，使一臺(tái)控制器與多達(dá) 32 個(gè)伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。到了 1994 年， SERCOS 成為控制器與數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接口的國際標(biāo)準(zhǔn)并作為 IEC61491 標(biāo)準(zhǔn)獲得通過，因此具有開放性，迄今成員已增加到 70多個(gè)公司。 “ 軟形式 ” 上存在從控制策略的角度著手提高伺服系統(tǒng)性能的研究和探索。在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用領(lǐng)域，永磁式直流電動(dòng)機(jī)占統(tǒng)治地位，其 控制電路簡單，無勵(lì)磁損耗，低速性能好 [7]。本文在 PMAC 中引入 PID 調(diào)節(jié)，以獲得良好的穩(wěn)定性能和動(dòng)態(tài)性能。 PC 機(jī) + 可編程運(yùn)動(dòng)控制器作為開放式數(shù)控系統(tǒng)的一種，它支持用戶的開發(fā)和擴(kuò)展，具有上、下兩級(jí)開放的特性，結(jié)合 PC 機(jī)友好人機(jī)界面和可編程運(yùn)動(dòng)控制器強(qiáng)大的控制計(jì)算能力，更能彌補(bǔ)單一模式在開放式數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的不足 []。 自80年代末開放式數(shù)控系統(tǒng)的概念出現(xiàn)以來 ， 至今基本形成了 3種類型的結(jié)構(gòu)：在專有系統(tǒng)中簡單的嵌入 PC 技術(shù)；運(yùn)動(dòng)控制器以 PC 插件的形式插入到 PC 機(jī)擴(kuò)展槽；完全采用以通用 PC 為硬件平臺(tái)的全軟件型數(shù)控系統(tǒng) [2]。第 1 頁，共 44 頁 1 緒論 課題背景及研究意義 自動(dòng)控制系統(tǒng)不僅在理論上飛速發(fā)展，在其應(yīng)用器件上也日新月異。 開 放式數(shù)控系統(tǒng)是一項(xiàng)起步不久的新技術(shù) ， 是當(dāng)今數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢 。開放式數(shù)控系統(tǒng) 具有良好的軟硬件重構(gòu)特性，更能有效地滿足當(dāng)今市場的需求，已成為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 。 PID 調(diào)節(jié)器可以實(shí)現(xiàn)智能化 是因?yàn)?PID 調(diào)節(jié)器比較完整地模擬人工的粗調(diào)、精調(diào)和提前調(diào)的動(dòng)作，而 PID 調(diào)劑的魯棒性 [5]則是在一個(gè)交寬范圍內(nèi)變化 [6]。 第二個(gè)發(fā)展階段（ 20 世紀(jì) 60－ 70 年代），這一階段是直流伺服電動(dòng)機(jī)的誕生和全盛發(fā)展的時(shí)代，由于直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，很多高性能驅(qū)動(dòng)裝置采用了直流電動(dòng)機(jī)，伺服系統(tǒng)的位置控制也由開環(huán)系統(tǒng)發(fā)展成為閉環(huán)系統(tǒng)。有些努力已經(jīng)取得了很大的成果， “ 硬形式 ” 上存在包括提高制作電機(jī)材料的性能，改進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，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(shù)字伺服接口而開發(fā)，迄今已被廣泛應(yīng)用于通用運(yùn)動(dòng)控制器與數(shù)字伺服之間的接口。 輕質(zhì) (如銅、木材、鋁合金等 )、復(fù)合材料在汽