【正文】 根據(jù)最大動(dòng)載荷選用，其代號為：MDT 16043P3由《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 212 查得 MDT 16043P3 的安裝連接尺寸(mm):公稱直徑 基本道程滾珠絲桿副規(guī)格 dm L0 D1 D D4 B D5 D6 h1604 16 4 28 52 38 11 10 廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)XY 工作臺微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)－ 9 － 導(dǎo)軌的選型及計(jì)算 初選導(dǎo)軌型號及估算導(dǎo)軌長度導(dǎo)軌為直線滾動(dòng)矩形導(dǎo)軌，本設(shè)計(jì)中共用 4 條導(dǎo)軌，每條導(dǎo)軌用 2 個(gè)滑塊，根據(jù)縱向最大動(dòng)載荷 C=,橫向最大動(dòng)載荷 C＝，通過查《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 216 P33，初選 4 條導(dǎo)軌的型號都為 GDA20SV。n估算出導(dǎo)軌的長度為：縱向進(jìn)給的導(dǎo)軌長度為 640mm，橫向進(jìn)給的導(dǎo)軌為 640mm。所以，縱向和橫向：廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)XY 工作臺微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)－ 10 － ???????????＝L大于滾動(dòng)導(dǎo)軌的期望壽命，滿足設(shè)計(jì)要求，初選的滾動(dòng)導(dǎo)軌副可采用。本設(shè)計(jì)需要對電機(jī)轉(zhuǎn)子,聯(lián)軸節(jié),絲杠,工作臺進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算。0L所以，縱向： 2220 )( cmkgLJG ???????????廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)XY 工作臺微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)－ 11 － 橫向： 2220 )( cmkgMLJG ??????????? 傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 計(jì)算?J縱向： kgc?????橫向： 1341m?? 驗(yàn)算矩頻特性伺服電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 是指電機(jī)的瞬時(shí)失速力矩，從山洋伺服電機(jī)說明書中查maxjM得 。0有關(guān) 的各項(xiàng)力矩值計(jì)算如下：KqM 加速力矩 見《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》公式（225）和（226）P37360102maxa 2maxpbKvntnJ????????式中： 為傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 為電機(jī)最大角加速度； 為與運(yùn)動(dòng)部件?J?maxn最大快進(jìn)速度對應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速；t 為運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)XY 工作臺微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)－ 12 －的時(shí)間， 為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度； 為初選伺服電機(jī)的步距角； 為脈沖當(dāng)量。3 伺服電機(jī)控制原理 交流伺服電機(jī)介紹交流伺服電機(jī)一般由永磁同步電機(jī)、轉(zhuǎn)子位置傳感器、速度傳感器組成，交流伺服電機(jī)和它的驅(qū)動(dòng)器組成一個(gè)伺服系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)對位置的閉環(huán)控制，必須在電機(jī)和控制系統(tǒng)之間構(gòu)成一個(gè)位置環(huán)。這種伺服系統(tǒng)可在驅(qū)動(dòng)器中由參數(shù) Pr02 設(shè)置為位置、速度和轉(zhuǎn)矩三種控制模式，現(xiàn)分述如下。 PULS1PULS2SIGN1SIGN2脈沖輸入方向輸入驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器 內(nèi)部圖 31 交流伺服系統(tǒng)位置控制接口電路廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)XY 工作臺微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)－ 14 －指令脈沖的輸入方式可分為以下三種：1．正交脈沖指令頻率相同但相位相差 90176。脈沖信號通過 PULSPULS2 進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器，則電機(jī)按 CW 方向旋轉(zhuǎn)。方向信號從 SIGNSIGN2 進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器，高低電平控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。通過驅(qū)動(dòng)器的兩個(gè)開關(guān)輸入信號的四種狀態(tài)組合選擇其中一種。電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩和輸入電壓之間呈線性關(guān)系，直線斜率可用驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部參數(shù)設(shè)置。速度環(huán)用于根據(jù)指令速度調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，在山洋伺服電機(jī)中，參數(shù) Pr11 和 Pr12 分別設(shè)置其速度環(huán)增益和積分時(shí)間常數(shù)、位置環(huán)包括位置 PID 調(diào)節(jié)和速度、加速度前饋，由運(yùn)動(dòng)控制器底層程序完成，可根據(jù)位置偏差調(diào)節(jié)電機(jī)的指令速度，實(shí)現(xiàn)精確定位、回零等；輸出飽和控制主要在軟件中實(shí)現(xiàn)，可保證輸出電壓不會(huì)超過設(shè)定范圍；靜差補(bǔ)償則可以消除由于放大器的零點(diǎn)漂移帶來的偏差。積分調(diào)節(jié)的作用是消除系統(tǒng)輸出的靜差，但會(huì)降低系統(tǒng)響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)輸出的超調(diào)?？梢钥闯?，在無前饋的情況下，電機(jī)跟隨誤差從開始的 63 個(gè)脈沖在 秒后上升到 114 個(gè)脈沖，隨后作類似余弦曲線的變化。編碼器可以把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，主要分為光電式、接觸式和電磁感應(yīng)式。增量式脈沖編碼器一般產(chǎn)生 A+、A、B+、B 、C+、C、三對差分信號，差分信號處理電路可以將三對信號進(jìn)行整形、放大轉(zhuǎn)變成 A、B、C 三相信號。的信號轉(zhuǎn)變成兩組相差為 90176。如對于一個(gè)TN2022pulse/r 的增量編碼器的伺服電機(jī)，其速度 (RPM)計(jì)算方法為：V圖 33 跟隨誤差比較廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)XY 工作臺微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)－ 17 － 60RPM24NVT??4 運(yùn)動(dòng)控制卡控制原理運(yùn)動(dòng)控制器由基卡和接口卡組成，如圖 41 所示。伺服使能、報(bào)警清除等輸出信號經(jīng)過光電隔離后通過 25 針接頭對電機(jī)進(jìn)行控制或者連到 I/O 端子排進(jìn)行輸出；伺服電機(jī)編碼器反饋信號經(jīng)過差分處理和光電隔離后輸入基卡，伺服使能、伺服報(bào)警信號，回零信號、限位信號和通用 I/O 信號等也通過光隔進(jìn)行輸入輸出。DSP TMS320LF2407 核心處理芯片 擴(kuò)展 RAM 伺服電機(jī)2 CPLD 譯碼、中斷 編碼器處理電路 JTAG 下 載口 電源管理/時(shí)鐘 圖 41 控制器原理框圖PCDSP通訊電路控 制 器 基 卡 差分信號處理 光 電隔 離電 平轉(zhuǎn) 換 電源輸入 控制電壓轉(zhuǎn)換 62針接頭 62針接頭25針接頭2 I/O 端 子排 通 用I/O 限 位信 號 回 零信 號 外 部電 源 接口卡 廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)XY 工作臺微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)－ 18 － DSP 芯片 TMS320LF2407 介紹隨著微處理器、微控制器和數(shù)字信號處理器（DSP）的性價(jià)比的提高，它們越來越多地在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用。其指令周期只有 33ns，可以很好地滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制算法 [29]。2．基于 TMS320C2xxDSP 的 CPU 核保證了 TMS320LF240X 系列 DSP 代碼和TMS320 系列 DSP 代碼兼容。事件管理器模塊適用于控制交流感應(yīng)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、伺服電機(jī)、多級電機(jī)和逆變器。廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)XY 工作臺微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)－ 19 －8．高達(dá) 40 個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入/輸出引腳（ GPIO） 。1．用可編程邏輯器件 CPLD 或 FPGA 實(shí)現(xiàn)通用 PCI 接口。采用可編程邏輯器件的優(yōu)點(diǎn)主要有：PCI 接口可以根據(jù)插卡功能進(jìn)行最優(yōu)化的電路設(shè)計(jì)，而不必實(shí)現(xiàn)所有的 PCI 總線的功能，節(jié)約系統(tǒng)的邏輯資源；可以將 PCI 插卡上的其它用戶邏輯與 PCI 接口邏輯集成在一塊芯片上，實(shí)現(xiàn)緊湊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)；當(dāng)系統(tǒng)升級時(shí)，只需對可編程邏輯器件重新進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，而無須更改 PCB 板。廠商對 PCI 總線接口進(jìn)行了嚴(yán)格的測試，用戶只要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換后的總線接口即可。 PCIDSP 通訊電路廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)XY 工作臺微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)－ 20 －PC 機(jī)通過 PCI 總線與 DSP 與的通訊電路如圖 42 所示。當(dāng)兩個(gè)端口同時(shí)對存儲(chǔ)器中的同一單元進(jìn)行存取操作時(shí)，可由其內(nèi)部仲裁邏輯決定優(yōu)先權(quán)。IDT7132 帶有片內(nèi)硬件端口仲裁電路，可以允許雙機(jī)同步地讀或?qū)懘鎯?chǔ)器中的任何單元，同時(shí)保證數(shù)據(jù)的完整性。LRDYi 信號和兩側(cè)的 BUSY信號也進(jìn)入雙口CPLD 進(jìn)行相應(yīng)的邏輯判斷。設(shè) 為參數(shù)曲線上任一點(diǎn)的位置矢量，參數(shù)曲線的形式為：)(uP （41）kuzjyiuxP??)()(??在運(yùn)動(dòng)控制器中，軟件插補(bǔ)以一定的采樣周期（伺服周期）進(jìn)行工作，在第個(gè)伺服周期中，實(shí)時(shí)計(jì)算出第 個(gè)伺服周期中各軸的運(yùn)動(dòng)分量 ，并滿足指定的1?i i iP?進(jìn)給速度要求，即：AD[31: 0]C/BE[3: 0]FRAMEPAREESKISAA[1: 0] CLKIRDYTRDYSTOPDEVSELPERRSERR RST INTA LOCKPCI 9052PCI 總線IDT7132 DRAMTMS320LF2407 DSPIDSELCPLD 芯片 EPM7128 地址譯碼R/WLLA[10: 2]LAD[7: 0]CS1IORDIOWRLRDYiOELCELI/OL[7: 0]AL[10: 2]AL[1: 0]CEROERR/WRI/OR[7: 0]AR[10: 0]EEDOEECSEEDI96LC46BE2PROMSKDOCSDIBUSYL BUSYRA [10: 0]D [7: 0]74LVTH245A [10:4]ISRDR/W圖 42 PCIDSP 通訊電路圖廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)XY 工作臺微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)－ 22 － （42）???????iiLP1式中 為第 個(gè)伺服周期中的瞬時(shí)進(jìn)給量，也稱插補(bǔ)步長。在曲率半徑 mm 的外形上用時(shí)間分割原理進(jìn)行插補(bǔ)，以 m/min 的高速加工，80r 25伺服周期為 ms，則插補(bǔ)步長 mm，弓高誤差僅為 。將得到的參數(shù)空間坐標(biāo)值映射到軌跡空間，得到相應(yīng)的映射點(diǎn)，即為所求插補(bǔ)軌跡的新坐標(biāo)點(diǎn)。上述算法缺乏對這兩種誤差的必要控制，并且計(jì)算過程復(fù)雜，因此采取基于參數(shù)遞推預(yù)估、誤差控制、參數(shù)校正的插補(bǔ)算法。下面給出基于時(shí)間分割插補(bǔ)原理的參數(shù)曲線自適應(yīng)插補(bǔ)步驟：1．利用插分代替微分，代入二階泰勒展開公式（43） ，可得到插補(bǔ)點(diǎn)的參數(shù)遞推估算公式（45） ，根據(jù)該公式進(jìn)行參數(shù)遞推預(yù)估。圓弧由于具有)(itf恒定的曲率半徑，只要根據(jù)工高誤差約束條件算出最大插補(bǔ)速度，保證 小于該最)(itf大速度的情況下，參數(shù)插補(bǔ)步長只與 有關(guān)。 DMC3000 控制卡中的固化函數(shù)　　常見四種 G 代碼指令如下：G00　　　　快速定位，有效軸到達(dá)指定位置即可，對應(yīng) DMC3000 卡可使用d3000_start_t_move 或 d3000_start_s_move 函數(shù)，多個(gè)有效軸，需要調(diào)用多次，如：效軸一個(gè)廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)XY 工作臺微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)－ 25 －G00X100　　　　　　d3000_start_t_move( X, )。使用相對位置插補(bǔ)：　　　　　　D3000_start_t_line2　　　　D3000_start_s_line2　　　　D3000_start_t_line3　　　　D3000_start_s_line3使用絕對位置插補(bǔ)：　　　　　　D3000_start_ta_line2　　　　D3000_start_sa_line2　　　　D3000_start_ta_line3　　　　D3000_start_sa_line3G02　　　　順圓插補(bǔ)G03　　　　逆圓插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)指令，常見的是給出起點(diǎn)位置，圓心位置及終點(diǎn)位置，對應(yīng) DMC3000 庫函數(shù)如下：勻速圓弧　　d3000_start_arc　　　　相對位置　　d3000_start_a_arc　　　　絕對位置高速圓弧　　　　 d3000_start_t_arc 　　　　相對位置　　　　 d3000_start_ta_arc　　　　絕對位置圓弧的插補(bǔ)方向，由函數(shù)的其中一個(gè) dir 參數(shù)給出，dir=0 時(shí)，表示順時(shí)即G02，dir=1 時(shí)，表示逆時(shí)即 G03。其中，工具欄菜單依次為：文件、運(yùn)行、設(shè)置、其它，快捷工具欄：打開、保存、剪貼、復(fù)制、粘貼、啟動(dòng)、結(jié)束，工作狀態(tài)框顯示了冷卻液的開關(guān)狀態(tài)、主軸的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向、伺服電機(jī) X 電機(jī)、Y電機(jī)的轉(zhuǎn)向。指令符（G、M）可以是大寫也可以是小寫，指令間允許有空格。與此同時(shí)，坐標(biāo)值實(shí)時(shí)顯示框?qū)崟r(shí)顯示動(dòng)點(diǎn)的坐標(biāo)，工作狀態(tài)框也反映工作狀況。 NC 代碼的讀取代