【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 atsu 公司采用交流伺服電機(jī) — 滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)方式的折彎?rùn)C(jī)，克服了液壓系統(tǒng)速度切換時(shí)的短暫停頓現(xiàn)象，滑塊運(yùn)動(dòng)更加敏捷，如圖所示。加之操作方便、調(diào)整容易等其它優(yōu)點(diǎn)，據(jù)稱其整體效率較液壓式提高了 1倍以上。 綜合目前各類伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)的工作特性，其主要優(yōu)勢(shì)有： （ 1）高柔性 .滑塊運(yùn)動(dòng)曲線不 再僅僅是余弦曲線，可根據(jù)不同生產(chǎn)工藝和模具要求（如沖裁、拉深、板料擠壓和級(jí)進(jìn)模等）進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，通過(guò)程序編制實(shí)現(xiàn)滑塊 “ 自由運(yùn)動(dòng) ” ，大大提高了壓力機(jī)智能化程度和適用范圍。 （ 2）高生產(chǎn)率?；瑝K行程可根據(jù)生產(chǎn)工藝需要調(diào)整。例如：對(duì)于薄板沖裁，曲柄無(wú)需完成 3600 旋轉(zhuǎn)，而僅進(jìn)行一定角度的擺動(dòng)來(lái)完成沖壓工作。 （ 3）高精度。由線性傳感器組成的全閉環(huán)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)高精度的位置控制。如：由偏心載荷引起的在下死點(diǎn)中心處的位置波動(dòng)及滑塊各點(diǎn)處的平行度波動(dòng)可控制在 177。10μm 以內(nèi)。 （ 4）低噪音。無(wú)飛輪、離合器等零件，簡(jiǎn)化 了機(jī)械傳動(dòng)，從而可大大降低噪音。除此之外，通過(guò)設(shè)定滑塊的低噪音運(yùn)動(dòng)曲線同樣有助于降低沖裁噪音。 （ 5）節(jié)能、易于維護(hù)。由于簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可維護(hù)性強(qiáng)，潤(rùn)滑量減少。此外，電氣制動(dòng)儲(chǔ)能裝置可使能耗大為減少 ,伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)能很好地滿足一些新材料的成形。 黃超： 基于 LabviewJ2563 型伺服機(jī)械壓力機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 第二章 Labview 軟件 Labview 軟件的介紹 VI (Virtual Instrument)—— 虛擬儀器是指加在計(jì)算機(jī)上的一些軟件和 /或硬件，它們具有和實(shí)際獨(dú)立儀器類似的外觀和性能，如：示波器、邏輯分析儀、控制開(kāi)關(guān)等，其功能由用戶設(shè)計(jì)和定義 ，具有虛擬面板，其測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。使用者操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)，就像是在操縱一臺(tái)他自己專門設(shè)計(jì)的電子儀器。 虛擬儀器本質(zhì)上是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形顯示功能來(lái)模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板及其顯示模塊，以多種形式表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果；利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理；利用 I/O 接口設(shè)備配合各種傳感器完成測(cè)試對(duì)象信號(hào)的采集、測(cè)量與調(diào)理，控制對(duì)象的控制，從而實(shí)現(xiàn)各種測(cè)試與控制功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng) [102]。它是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，其系統(tǒng)組成原理如圖 21 所示。 圖 21虛擬儀器的組成原理框圖 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)—— 實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)是美國(guó) NI 公司 (National Instrument Company)推出的一種基于 G 語(yǔ)言 (Graphics Language)的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具。它是一種面向科學(xué)家和工程師的編程語(yǔ)言，它提供的簡(jiǎn)單、直觀的圖形編程方式，把復(fù)雜、繁瑣、費(fèi)時(shí)的文本語(yǔ)言簡(jiǎn)化成工程師最熟悉的功能結(jié)構(gòu)圖的編程方式。 LabVIEW 的技術(shù)主要有如下特 點(diǎn)： (1) 具有豐富的圖形元素控件，支持回調(diào)功能； (2) 具有設(shè)置斷點(diǎn) (Set Breakpoint) 和探針 (Probe Data) 等程序調(diào)試功能； (3) 提供多種總線通信控制函數(shù)，如 RS23 GPIB、 VXI 等； (4) 提供網(wǎng)絡(luò)傳輸控制協(xié)議 (TCP) 接口庫(kù)； (5) 內(nèi)含有多種基于 WindowsNT/9x 風(fēng)格的軟件技術(shù)，如 ActiveX Automation 技術(shù)、DDE（動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)交換）、 Multithread（多線程）技術(shù)等； (6) 嵌入了非常豐富的工程應(yīng)用函數(shù)，具有很強(qiáng) 的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析功能。 與傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言相比， LabVIEW 圖形編程方式可以節(jié)省大量的程序開(kāi)發(fā)時(shí)間，而其運(yùn)行速度幾乎不受影響。 Labview 軟件的控制界 虛擬儀器的起源可以追溯到 20 世紀(jì) 70 年代，那時(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在國(guó)防、航天 7 等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。 PC 機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級(jí)的計(jì)算機(jī)化成為可能，甚至在Microsoft 公司的 Windows 誕生之前， NI 公司已經(jīng)在 Macintosh 計(jì)算機(jī)上推出了 以前的版本。對(duì)虛擬儀器和 LabVIEW 長(zhǎng)期、系統(tǒng)、有效的研究開(kāi)發(fā)使得該公司成為業(yè)界公 認(rèn)的權(quán)威。目前 LabVIEW 的最新版本為 LabVIEW2020，LabVIEW 2020 為多線程功能添加了更多特性，這種特性在 1998 年的版本 5 中被初次引入。使用 LabVIEW 軟件，用戶可以借助于它提供的軟件環(huán)境，該環(huán)境由于其數(shù)據(jù)流編程特性、 LabVIEW RealTime 工具對(duì)嵌入式平臺(tái)開(kāi)發(fā)的多核支持，以及自上而下的為多核而設(shè)計(jì)的軟件層次，是進(jìn)行并行編程的首選。 工作界面如圖 22 圖 22Labview 軟件工作界面 黃超： 基于 LabviewJ2563 型伺服機(jī)械壓力機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 第 三 章 數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)據(jù)采集卡的介紹 數(shù)據(jù)采集 (DAQ)，是指從 傳感器 和其它待測(cè)設(shè)備等 模擬 和 數(shù)字 被測(cè)單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào) ,送到上位機(jī)中進(jìn)行分析 ,處理。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。通常，必須在數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集之前 調(diào)制 傳感器信號(hào) ,包括對(duì)其進(jìn)行 增益 或 衰減 和隔離 ,放大 ,濾波等 .對(duì)待某些傳感器，還需要提供激勵(lì)信號(hào)． 在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，我們會(huì)安裝很多的各種類型的傳感器 ，入壓力的溫度的流量的聲音的電參數(shù)的等等，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的限制傳感器信號(hào)如壓力傳感器輸出的電壓或者電流信號(hào)不能遠(yuǎn)傳或者因?yàn)閭鞲衅魈嗖季€復(fù)雜，我們就會(huì)選用分布式或者遠(yuǎn)程的 采集卡（模塊）在現(xiàn)場(chǎng)把信號(hào)較高精度地轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 ，然后通過(guò)各種遠(yuǎn)傳通信技術(shù)（如48 23以太網(wǎng)、各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)）把數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)或者其他控制器中進(jìn)行處理。這種也算作數(shù)據(jù)采集卡的一種，只是它對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)，可以應(yīng)對(duì)各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。 研華 PCI1712 數(shù)據(jù)采集卡，該采集卡具有 12 為的 A/D 轉(zhuǎn)換器，采樣速率可達(dá) 1MHZ，具有 16 路單端或 8 路差分的模擬量輸入， 2 路 12 位的 D/A 模擬量輸出通道， 16 路數(shù)字量輸出通道。采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集同時(shí)進(jìn)行計(jì)算機(jī)和 SR 控制器之間的實(shí)時(shí)通訊。 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總體軟件結(jié)構(gòu) 由于 LabVIEW 軟件可以很方便的 支持多線程編程，便于程序的并發(fā)執(zhí)行，在本文開(kāi)發(fā)程序的過(guò)程中就利用了這種并發(fā)執(zhí)行機(jī)制，如圖 31 所示為 機(jī)械壓力機(jī) 控制系統(tǒng)的流程圖。 圖 31 機(jī)械壓力機(jī) 控制系統(tǒng)流程框圖 9 從 圖 31 中 可以看出，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和硬件結(jié)構(gòu)是一致的，整體結(jié)構(gòu)上可以分為并行的 二 大模塊： 滑塊位置部分、滑塊速度部分 。這樣可以方便地在變頻振動(dòng)下料過(guò)程中對(duì) 滑塊位置、滑塊速度 進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測(cè)。下面將對(duì)這 二 大模塊進(jìn)行詳細(xì)敘述。 由于研華公司生產(chǎn)的 PCL818L 多功能數(shù)據(jù)采集卡與 NI 公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡不同，因此不能直接調(diào)用 LabVIEW 的數(shù)據(jù)采集相關(guān)程序。但是，研華公司提供了研華采集卡的LabVIEW 驅(qū)動(dòng)程序 —— 擴(kuò)展名為 vi。在應(yīng)用過(guò)程中我們只要調(diào)用相關(guān)的 vi 程序就可以實(shí)現(xiàn)需要的功能。下面將本文所用到的對(duì)研華 PCL818L 多功能數(shù)據(jù)采集卡相關(guān)操作的 vi 程序及其功能列于表 31 中。 表 31 本文中所調(diào)用的 PCL818L 多功能數(shù)據(jù)采集卡的 vi程序說(shuō)明 名 稱 功 能 打開(kāi)指定的設(shè)備，并返回相應(yīng)的值。 設(shè)定設(shè)備的模擬量輸入通道及采樣增益。 以指定的觸發(fā)方式，從指定的設(shè)備的某個(gè)通道進(jìn)行采樣，返回采到的電壓值。 AOVoltageOut.vi 將設(shè)定的電壓值輸出到指定的設(shè)備的指定模擬量輸出通道。 i 在指定的設(shè)備寫入指定電平狀態(tài)到指定端口的指定位。 關(guān)閉已開(kāi)啟的設(shè)備，以釋放采集卡占用的系統(tǒng)資源，以便下次再次開(kāi)啟。 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的用戶界面 機(jī)械壓力機(jī)控制系統(tǒng)工作界面 如圖 32 所示，該界面主要包括五個(gè)區(qū)域： 滑塊位置部分 、 滑塊速度部分、 信號(hào)采集及數(shù)據(jù)處理設(shè)定區(qū)、信號(hào)采集 及數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示區(qū)、總?？刂茀^(qū)。 黃超： 基于 LabviewJ2563 型伺服機(jī)械壓力機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 圖 32 機(jī)械壓力機(jī)控制系統(tǒng)工作 界面 信號(hào)預(yù)處理 部分進(jìn)行良信號(hào)的轉(zhuǎn)換、奇異點(diǎn)的剔除、濾波、消除趨勢(shì)項(xiàng)以及零均值化處理；信號(hào)的領(lǐng)域分析環(huán)節(jié)對(duì)振動(dòng)下料機(jī)工作過(guò)程中的頻率特性進(jìn)行分析，識(shí)別下料機(jī)的共振、自激振動(dòng)等特性，從而估計(jì)工作過(guò)程中的最大功率所在頻率，監(jiān)測(cè)振動(dòng)下料機(jī)是否按預(yù) 設(shè)頻率控制曲線正常工作。信號(hào)時(shí)域分析環(huán)節(jié)將采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后得到的振動(dòng)加速度信號(hào)進(jìn)行一定的數(shù)學(xué)計(jì)算得到速度信號(hào)和位移信號(hào)，并對(duì)它們的振幅 進(jìn)行計(jì)算，為研究振動(dòng)下料機(jī)的工作特性提供依據(jù)。 數(shù)據(jù)采集卡的作用 視頻中的采集卡作用主要是采集視頻數(shù)據(jù)源，并且能起到轉(zhuǎn)換格式和傳輸?shù)淖饔茫S著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，采集卡的功能和用途越來(lái)越廣，在數(shù)據(jù)采集卡中，主要的作用也是采集視頻數(shù)據(jù)等，下面我們就針對(duì)數(shù)據(jù)采集卡是什么進(jìn)行詳細(xì)介紹。 視頻中的采集卡主要的作用是采集數(shù)據(jù)，并且起到轉(zhuǎn)化和傳輸?shù)淖饔?，所以采集卡一般?yīng)用在需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸上。不同的數(shù)據(jù)采集卡作用和傳輸速度也是有所不同的。 數(shù)據(jù)采集卡已經(jīng)發(fā)展有二十多年，數(shù)據(jù)采集英文是 DAQ，是指從 傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào) ,送到上位機(jī)中進(jìn)行分析 ,處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用 戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。通常，必須在數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集之前調(diào)制傳感器信號(hào) ,包括對(duì)其進(jìn)行增益或衰減和隔離 ,放大 ,濾波等 .對(duì)待某些傳感器，還需要提供激勵(lì)信號(hào) . 數(shù)據(jù)采集卡故名意思，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 (DAQ)功能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡，可以通過(guò) USB、 11 PXI、 PCI、 PCI Express、火線 (1394)、 PCMCIA、 ISA、 Compact Flash 等總線接入個(gè)人計(jì)算機(jī)。 隨著行業(yè)的不斷前進(jìn)，科學(xué)技術(shù)的日新月異，數(shù)據(jù)采集卡應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣， 采集卡廣泛應(yīng)用于安防監(jiān)控、教育課件錄制、大屏拼接、多媒體錄播錄像、會(huì)議錄制、虛擬演播室、虛擬現(xiàn)實(shí)、安檢 X 光機(jī)、雷達(dá)圖像信號(hào)、 VDR 紀(jì)錄儀、醫(yī)療 X 光機(jī)、CT 機(jī)、胃腸機(jī)、陰道鏡、工業(yè)檢測(cè)、智能交通、醫(yī)學(xué)影像、工業(yè)監(jiān)控、儀器儀表、機(jī)器視覺(jué)等領(lǐng)域。 數(shù)據(jù)采集卡是對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的，可以使視頻數(shù)據(jù)傳化成數(shù)字化形式 . 黃超： 基于 LabviewJ2563 型伺服機(jī)械壓力機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 第 四 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程 位置伺服控制 方案 伺服系統(tǒng)亦稱隨動(dòng)系統(tǒng)，屬于自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一種，它用來(lái)控制被控對(duì)象的轉(zhuǎn)角（或位移），使其能自動(dòng)地、連續(xù)地、精確地復(fù)現(xiàn)輸入指令的變化規(guī)律，它通常是具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。對(duì)有的執(zhí)行機(jī)械，位置伺服系統(tǒng)采用半閉環(huán)結(jié)構(gòu)雖然容易整定，但很難補(bǔ)償其機(jī)械傳動(dòng)部分引起的位置誤差，使位置控制精度不能達(dá)到要求的指標(biāo)；采用全閉環(huán)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)又很難整定，系統(tǒng)閉環(huán)后因環(huán)內(nèi)多種非線性因素誘發(fā)的振蕩很難消除，使系統(tǒng)的控制復(fù)雜程度大大增加，它們之間的配合、增益調(diào)整等都必須仔細(xì)整定。于是，提出一種混合閉環(huán)結(jié)構(gòu)的位置伺服系統(tǒng)方案， 如圖 41 所示 。 速 度 控 制速 度 估 計(jì)執(zhí) 行電 機(jī)編 碼 器控 制 對(duì) 象位 移 傳 感 器誤 差 補(bǔ) 償給 定 位 置+++位 置 控 制 圖 41混合閉環(huán)位置伺服系統(tǒng) 系統(tǒng)中同時(shí)存在半閉環(huán)和全閉環(huán)。系統(tǒng)工作時(shí)，半閉環(huán)起主要作用。由于半閉環(huán)中電氣自動(dòng)控制部分和執(zhí)行機(jī)械相對(duì)獨(dú)立，可以采用位置前饋控制器實(shí)現(xiàn)位置參數(shù)向速度參數(shù)控制的轉(zhuǎn)換，這樣可以使系統(tǒng)快速響應(yīng)；而全閉環(huán)只用于穩(wěn)態(tài)誤差補(bǔ)償，位置增益可選得較低以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，跟蹤系統(tǒng)誤差小。兩者相結(jié)合獲得較高的位置控制精度和跟蹤速度。 位置和速度控制器設(shè)計(jì)