【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)控制器 、 扁平電纜 、 一塊接口端子板 、 伺服電動(dòng)機(jī) 、 伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器和外部接口電源等硬件 。 這些部件之間的連接示意圖如圖 。 2022/2/9 58 采用四軸運(yùn)動(dòng)控制器組成的控制系統(tǒng)框圖 現(xiàn)在多為PCI接口 2022/2/9 59 2． GM400四軸運(yùn)動(dòng)控制器提供的主要功能 ? (1) 提供 4路模擬電壓 (177。 10?V)控制信號(hào) 。 ? (2) 提供 4路 PWM控制信號(hào) (適用于有 PWM控制信號(hào)接口的伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器 )。 ? (3) 提供 4路增量式光電編碼器反饋信號(hào)接口 。 ? (4) 增量式編碼盤計(jì)數(shù)頻率可達(dá) 1?MHz。 ? (5) 四軸位置 、 速度 、 加速度控制 。 ? (6) 可編程數(shù)字 PI+Vff濾波 ?。 ? (7) 可編程數(shù)字 PID濾波 。 2022/2/9 60 GM400四軸運(yùn)動(dòng)控制器提供的主要功能 (續(xù) ) ? (8) 單軸最小伺服采樣周期為 100?ms(偏大 ?)。 ? (9) 32位長(zhǎng)度的位置寄存器 。 ? (10) 硬件檢測(cè) INDEX信號(hào) 。 ? (11) 硬件檢測(cè) HOME信號(hào) 。 ? (12) 可編程 S曲線 、 梯形曲線 、 速度跟蹤和電子齒輪式運(yùn)動(dòng)控制方式 。 ? (13) 點(diǎn)到點(diǎn)位置控制 。 2022/2/9 61 3．控制器的輸入及輸出接口 ? (1)8路光電隔離限位開關(guān)信號(hào)輸入接口； ? (2)4路光電隔離原點(diǎn)信號(hào)輸入接口； ? (3)16路光電隔離輸入可作為伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器故障輸入接口 ， 也可作為由用戶定義的其他輸入信號(hào)接口 。 ? (4) 16路光電隔離輸出信號(hào)可用于伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使能和故障復(fù)位控制 ， 也可以由用戶定義成其他輸出信號(hào)接口 。 2022/2/9 62 4．控制器總線接口 ? 控制器采用標(biāo)準(zhǔn)的 ISA和 PC104總線接口 。 2022/2/9 63 5．控制器電源信號(hào) ? GM400四軸運(yùn)動(dòng)控制器的數(shù)字電路 、 編碼器與伺服電動(dòng)機(jī)控制采用 PC機(jī) ISA總線插槽提供的 +5?V電源 ， 電流不大于 2?A； +12?V和 – 12?V電源電流不大于 60?mA。 計(jì)算機(jī)的電源地 (GND)作為 +5?V、+12?V和 – 12?V的公共地 。 ? 8路限位開關(guān)信號(hào)輸入 、 4路原點(diǎn)信號(hào)輸入 、 16路光電隔離輸出和 16路光電隔離輸入信號(hào)的接口電源 VCC2和接口電源地 GND2必須由外部電源提供 。(外界提供另一套電源 ) 2022/2/9 64 二、運(yùn)動(dòng)控制器工作原理 ? 圖 GM400運(yùn)動(dòng)控制器的原理框圖 。 ? 圖中所示的增量式編碼器的 A、 B相信號(hào)作為位置反饋輸入信號(hào) 。 運(yùn)動(dòng)控制器通過(guò)四倍頻及加 、 減計(jì)數(shù)器得到實(shí)際位置 。 ? 實(shí)際位置 的信息保存在位置寄存器中 ， 上級(jí)計(jì)算機(jī)可通過(guò)控制寄存器讀取 。 運(yùn)動(dòng)控制器的 目標(biāo)位置 由上級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)定 ， 通過(guò)內(nèi)部計(jì)算得到位置誤差值 ， 經(jīng)過(guò)數(shù)字伺服濾波器后 ， 送到數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)或脈寬調(diào)制器 (PWM)硬件處理電路 ， 經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換 ， 最后輸出伺服電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào) ， 即 177。 10?V模擬信號(hào)或 PWM信號(hào) 。 2022/2/9 65 運(yùn)動(dòng)控制器的原理框圖 2022/2/9 66 運(yùn)動(dòng)控制器的控制模式 ? 運(yùn)動(dòng)控制器的控制模式和參數(shù)由上級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)定 . ? GM400根據(jù)主機(jī)發(fā)送的命令決定采用何種加 、 減速控制曲線和數(shù)字濾波算法 。 ? GM400運(yùn)動(dòng)控制器有兩種運(yùn)動(dòng)控制方式：一種是閉環(huán)方式 ， 另一種是開環(huán)方式 。 閉環(huán)控制是運(yùn)動(dòng)控制器的默認(rèn)方式 ， 開環(huán)控制直接輸出控制信號(hào) 。在開環(huán)控制模式下 ， 上級(jí)計(jì)算機(jī)送到 GM400運(yùn)動(dòng)控制器的命令不需要經(jīng)過(guò)任何處理 ， 直接輸出控制 。 2022/2/9 67 1．閉環(huán)控制下的四種運(yùn)動(dòng)控制模式 ? 1) S曲線模式 ? (1) 在開始加速的 1區(qū) ， 加速度從零開始 ， 以設(shè)定的最大加速度為目標(biāo) ， 以加加速度 (一個(gè)伺服周期內(nèi)加速度的增量 ) 為增量遞增 ， 直到達(dá)到最大加速度為止 。 ? (2) 在 2區(qū) ， 加加速度為零 ， 按已達(dá)到的最大加速度加速到 3區(qū) 。 ? (3) 在 3區(qū) ， 按負(fù)的加加速度使加速度減為零值 ,使速度達(dá)到最大值 。 此階段已完成加速過(guò)程 。 ? (4) 第 4階段為勻速運(yùn)行階段 ， 加速度和加加速度都為零 。 ? (5) 在第 5階段 、 第 6階段和第 7階段與第 2及 3階段相同 ，不同的是減速運(yùn)行到速度為零 。 2022/2/9 68 S曲線模式控制曲線 有些情況下 ,可能沒有這一段 2022/2/9 69 2) 梯形曲線模式 ? 圖 ： ? (1) 在第 1階段 ， 速度按照設(shè)定的加速度值從零加速到最大速度 。 ? (2) 第 2階段加速度為零值 ， 速度保持已達(dá)到的最大速度運(yùn)行到第 3階段 。 ? (3) 在第 3階段 ， 按設(shè)定的加速度減速到零 。 ? 圖 。 在有些情況下 ， 可能達(dá)不到最大設(shè)定速度就要減速 ， 這樣就沒有第 2階段 。 在梯形曲線模式控制方式下 ， 任意時(shí)刻都可改變速度和位置 ， 其速度曲線如圖 。 2022/2/9 70 梯形曲線控制 用在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中 ,”摸索 ”運(yùn)動(dòng) ? 2022/2/9 71 3) 速度跟蹤模式 ? 在該模式下 ， 由主機(jī)設(shè)定額定加速度和最大速度兩個(gè)參數(shù) 。 開始運(yùn)動(dòng)時(shí)以給定的加速度連續(xù)加速直到達(dá)到設(shè)定的最大速度 。 ? 速度設(shè)定值必須為正值 ， 運(yùn)動(dòng)方向由加速度的符號(hào)確定 ， 即正加速度產(chǎn)生正向運(yùn)動(dòng) ， 而負(fù)加速度則產(chǎn)生負(fù)向運(yùn)動(dòng) 。 在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 ， 速度和加速度兩個(gè)參數(shù)可以隨時(shí)修改 。 2022/2/9 72 4) 電子齒輪模式 ? 在電子齒輪模式下 ， 主機(jī)只需設(shè)置一個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù) ，即電子齒輪減速比 ， 這是一個(gè)帶符號(hào)的 32位二進(jìn)制數(shù) ， 范圍為 –16?384至 16?383。 運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 從動(dòng)軸作為被驅(qū)動(dòng)軸 ， 其目標(biāo)運(yùn)動(dòng)由主動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)乘以電子齒輪減速比來(lái)確定 。 ? 用在多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng) (若減速比為帶小數(shù)情況 ?) 2022/2/9 73 2．運(yùn)動(dòng)控制器的速度控制 ? 1) 運(yùn)動(dòng)停止的控制 ? 有些情況下 ， 為了安全起見或?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)某些特定的運(yùn)動(dòng)軌跡 ， 需要在特定位置使運(yùn)動(dòng)停止 。 GM400提供兩種方法實(shí)現(xiàn)這一功能：急停和平滑停止 。 2022/2/9 74 2) 運(yùn)動(dòng)完成狀態(tài) ? GM400運(yùn)動(dòng)控制器提供兩個(gè)字節(jié)表征運(yùn)動(dòng)狀態(tài) ，其中一個(gè)字節(jié)表征運(yùn)動(dòng)是否完成 ， 另一個(gè)表征運(yùn)動(dòng)時(shí)的內(nèi)部狀態(tài) 。 ? 主機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制器可交替控制運(yùn)動(dòng)完成狀態(tài)位 。 ? 在一個(gè)運(yùn)動(dòng)完成后 ， 控制器設(shè)置運(yùn)動(dòng)完成標(biāo)志位 ，然后 主機(jī)查詢 該標(biāo)志位以確定運(yùn)動(dòng)是否完成 ， 或者通過(guò)主機(jī)編程使運(yùn)動(dòng)控制器在運(yùn)動(dòng)完成時(shí) ， 自動(dòng)向主機(jī)發(fā)出運(yùn)動(dòng)完成 中斷申請(qǐng) 。 ? 無(wú)論采用哪種方式 ， 一旦主機(jī)獲悉運(yùn)動(dòng)完成 ， 主機(jī)應(yīng)清除運(yùn)動(dòng)完成標(biāo)志位 ， 為指示下一次運(yùn)動(dòng)是否結(jié)束做準(zhǔn)備 。 2022/2/9 75 3) 數(shù)字伺服濾波 ? 數(shù)字伺服濾波器用于計(jì)算電動(dòng)機(jī)控制輸出信號(hào) 。GM400運(yùn)動(dòng)控制器采用 PID和速度前饋 (PID+Vff)濾波器 。 GM400通過(guò)調(diào)節(jié)濾波器的各參數(shù) ， 實(shí)現(xiàn)精確而穩(wěn)定的系統(tǒng)控制 。 2022/2/9 76 3．控制器運(yùn)動(dòng)軸的控制 ? 1) 與主機(jī)的通信 ? GM400運(yùn)動(dòng)控制器提供了 命令寫 、 數(shù)據(jù)寫和數(shù)據(jù)讀 三種操作實(shí)現(xiàn)主機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制器之間的信息交換 。 ? (1) 命令寫操作 —— 主機(jī)向運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送命令字 ， 完成對(duì)控制器狀態(tài) 、 模式的設(shè)定或使控制器執(zhí)行某些處理 ， 如軸參數(shù)刷新 、 軸位置同步以及軸位置清零等 。 ? (2) 數(shù)據(jù)寫操作 —— 主機(jī)向運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送帶參數(shù)命令 ，完成控制器軸參數(shù)設(shè)定或軸狀態(tài)操作 。 ? (3) 數(shù)據(jù)讀操作 —— 主機(jī)向控制器發(fā)送讀控制器參數(shù)命令并讀取控制器參數(shù) 。 2022/2/9 77 控制器運(yùn)動(dòng)軸的控制 (續(xù) ) ? 主機(jī)進(jìn)行上述操作之前 ， 必須檢測(cè)控制器準(zhǔn)備好信號(hào) ， 查看控制器通信接口是否就緒 。 ? 控制器的參數(shù)命令和一些重要的操作命令均采用雙緩沖機(jī)制 ， 因此主機(jī)可重新發(fā)送命令避免因命令出錯(cuò)造成損失 ?。 ? 在主機(jī)與控制器之間進(jìn)行通信時(shí) ， 主機(jī)可根據(jù)實(shí)際需要確定是否讀取剛剛發(fā)送到 GM400雙緩沖寄存器中的命令或參數(shù) 。 當(dāng)主機(jī)讀取了已發(fā)送的命令并發(fā)現(xiàn)命令不正確時(shí) ， 主機(jī)可重新發(fā)送命令以避免命令出錯(cuò) 。 ? GM400的大部分命令都具有返回指令與之對(duì)應(yīng) 。 2022/2/9 78 控制器運(yùn)動(dòng)軸的控制 (續(xù) ) ? GM400運(yùn)動(dòng)控制器的大多數(shù)命令一次只修改某個(gè)軸的參數(shù)或其運(yùn)動(dòng)狀態(tài) ， 這樣主機(jī)必須能分別單獨(dú)控制每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng) 。 ? 為便于處理 ， 控制器中保持了主機(jī)對(duì)當(dāng)前軸號(hào)的設(shè)置 。 當(dāng)主機(jī)設(shè)置好當(dāng)前軸后 ， 所有作用到當(dāng)前軸的后續(xù)命令將自動(dòng)進(jìn)行 ， 當(dāng)前軸號(hào)將一直保持不變 ， 直至有命令對(duì)它做出修改 。 2022/2/9 79 2) 控制器的伺服周期 (**) ? GM400運(yùn)動(dòng)控制器上的每個(gè)控制軸都能獨(dú)立地進(jìn)行工作設(shè)置 ， 每個(gè)工作軸從 DSP計(jì)算資源中獲得一個(gè)時(shí)間段 ， 不工作的軸可以不占用 DSP的計(jì)算資源 。因此當(dāng)工作軸少于 GM400所支持的軸數(shù)目時(shí) ， 可增加伺服控制的刷新頻率 。 ? 用命令集中的 SET_SMPL_TIME命令函數(shù)可設(shè)定伺服控制刷新頻率 ， 用 GET_SMPL_TIME命令函數(shù)可從控制器中讀取該值 。 ? 設(shè)定工作軸的數(shù)量和 GM400最小伺服控制周期的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 。 2022/2/9 80 工作軸的數(shù)量和 GM400最小伺服控制周期的對(duì)應(yīng)關(guān)系 伺服控制周期越小 ,越容易達(dá)到高的控制精度和穩(wěn)定性 GM400設(shè)定的伺服控制周期以 100?ms為單位，范圍從 1至32?767。 例如設(shè)置有兩個(gè)工作軸的控制器的最小伺服控制周期值，需用 SET_SMPL_TIME 函數(shù)把 2 (即 2?100?ms = 200ms ) 送入控制器。 2022/2/9 81 3) 控制器的軸尋址 ? 調(diào)用一次 GM400的命令函數(shù)通常只修改某個(gè)軸的一個(gè)參數(shù)或其運(yùn)動(dòng)狀態(tài) ， 這樣主機(jī)必須能單獨(dú)控制每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng) 。 ? 為便于處理 ， GM400保持了主機(jī)對(duì)當(dāng)前軸號(hào)的設(shè)置 。 當(dāng)主機(jī)設(shè)置好當(dāng)前軸后 ， 所有后續(xù)命令將自動(dòng)對(duì)當(dāng)前軸進(jìn)行設(shè)置 。 設(shè)置好的軸號(hào)一直保持不變 ， 直到調(diào)用下一個(gè)命令對(duì)它做出修改 。 2022/2/9 82 4) 控制器的狀態(tài)寄存器 ? GM400運(yùn)動(dòng)控制器為每一個(gè)軸提供一個(gè)狀態(tài)字 ，以保存各軸內(nèi)部運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 。 ? 該狀態(tài)字是一個(gè) 16位寄存器 ， 用 GET_STATUS命令可以查詢當(dāng)前軸狀態(tài)寄存器的內(nèi)容 。 ? 狀態(tài)字各位的定義如表 。 狀態(tài)字的 8— 10位和 12— 13位指示連續(xù)狀態(tài)信息 ， 由運(yùn)動(dòng)控制器置位且主機(jī)不能對(duì)它們進(jìn)行復(fù)位；而 0— 7位為不同的狀態(tài)標(biāo)志 ， 它們能向主機(jī)提出中斷申請(qǐng) 。 這些標(biāo)志位由運(yùn)動(dòng)控制器置位 ， 同時(shí)必須由主機(jī)復(fù)位 ， 否則它們將一直保持有效 。 2022/2/9 83 4．工作參數(shù)的設(shè)置和刷新 ? 主機(jī)必須對(duì) GM400設(shè)置不同的運(yùn)動(dòng)方式及伺服參數(shù) ， 控制運(yùn)動(dòng)軸以期望的方式運(yùn)動(dòng) 。 ? GM400采用 雙緩沖機(jī)制 接收設(shè)置的參數(shù)和相關(guān)的控制命令 。沒有接收到主機(jī)刷新信號(hào) ， 這些設(shè)置的參數(shù)和運(yùn)動(dòng)命令都不會(huì)生效 。 ? 只有在接收到 刷新命令 后 ， 控制器才將這些參數(shù)和命令復(fù)制到相應(yīng)的寄存器中 ， 使其生效 。 也就是說(shuō) ， 在刷新之前 ，