1.1安全概述
1.2运动控制系统基本概念和典型结构
1.3运动控制实践的形式及特点
1.4基本实验系统的组成
1.5实验室规划体系;1.1安全概述;在进行运动控制系统实践时,有触电的危险,运动部件也可能伤人,因此要特别注意人身安全!操作前要告知同组实践者,并认真阅读设备说明书,严格按说明书进行操作;注意设备急停开关的位置以及在操作中的相互配合,注意设备安全并保持丝杠、导轨等运动部件的清洁,按说明书对设备进行定期保养维护。;1.2运动控制系统基本概念和典型结;单地说,运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理,使其按照预期的轨迹和规定的运动参数完成相应的动作。运动控制至今没有统一的定义,本书使用如下定义:所谓运动控制,是综合运用力学、机械、电子、计算机、通信和自动化等有关技术,采用适当的控制原理、方法,在硬件或软件平台上实现满足精度、响应速度和其他要求的执行装置的位置/角位移、速度/角速度、加速度/角加速度、力矩/力的控制。
伺服系统是实现输出变量精确地跟随或复现输入变量的控制系统,通常是一个闭环负反馈系统。在很多情况下,伺服系统专指被控制量是机械位移、速度、加速度的反馈控制系统。通常认为,运动控制系统包含了单轴速度和位置伺服控制系统并以之为基础,而伺服系统通常被认为是位移、速度、加速度的闭环控制,速度伺服系统又是位置伺服系统的基础。典型的运动控制系统结构可以用如图1.21所示的方框图表示。;(1)主控制器通常负责调度、运动状况显示、数据存储、通信协调等工作,可由PC、PLC等承担。
(2)运动控制器是运动控制系统的核心,它向驱动/放大器发出能使系统产生期望输出的信号,进行各种插补运算、轨迹路径规划、复杂控制策略等任务,并根据检测运动情况,实时调整信号输出。运动控制器可由基于PC的运动控制板卡、PLC或定位模块、以DSP或ARM等为核心的控制器来承担。
3)驱动/放大器为弱电信号到强电驱动信号的转换装置,通常为由电力电子器件及其控制电路、保护电路组成的伺服驱动/放大器,它接收控制系统指令信号,经过转换变成能直接驱动各种执行元件的大???压/大电流信号。驱动/放大器与执行元件可以合称为运动控制系统的执行器。
(4)执行元件是各种由电能转化为机械能的元件,多为各种功率电机或控制电机比如直流伺服电机、三相异步电机、无刷直流电机、永磁同步电机、步进电机、超声波电机、直线电机等,或液压油缸、液压马达、汽缸等。
(5)传动机构通常是指进行增减速、输出力矩的放大或减小、旋转运动与直线运动的转换等而采用的齿轮箱、丝杠、皮带轮、齿形同步带等。;6)机械系统通常是控制的最终对象,可以是一维或多维机械平台、机械手臂、机床等。
(7)反馈传感器(Sensor)可以将机械末端的运动情况反馈给控制器从而实现闭环控制,也可以将执行元件输出反馈给控制器以实现半闭环控制;没有反馈环节的系统即为开环系统。
以上驱动/放大器、运动控制器、主控制器有时未必能严格区分,在某些系统中可以仅有驱动/放大器,或将运动控制器与主控制器功能合为一体,需要具体情况具体分析。单轴运动控制可分为开环、闭环和半闭环伺服系统。对于运动多轴控制,根据运动控制的特点和应用领域的不同,可以分成点位控制、连续轨迹控制、同步控制等几种形式。运动控制的典型应用和水平体现在数控机床和工业机器人领域;1.3运动控制实践的形式及特点;1.系统集成
1)基于PC的运动控制卡运动控制系统
PC具有强大的运算能力、丰富的图形界面、方便的网络通信、海量的存储空间,可作为运动控制系统的上位机;加上PCI总线接口的运动控制卡可作为运动控制器的下位机;可构成基于PC的开放性运动控制系统,在工业领域得到广泛应用,一般用VC/VB/Delphi等进行编程开发。典型的运动控制器厂家有DeltaTau公司和国内深圳固高公司等。
2)基于PLC的运动控制系统
很多PLC厂家比如西门子、三菱公司等,推出的运动控制模块具有多轴伺服定位功能,配以专用软件,可以构成基于PLC的运动控制系统。也可以由PLC集成的高速脉冲输入和高速脉冲输出模块构成简单的运动控制系统,脉冲输出可控制步进电机或伺服电机。基于PLC的运动控制系统抗干扰能力强,软件可用技术人员熟知的梯形图等形式编写,有一定的灵活性,但同比价格上稍高于基于PC的运动控制系统,开放性稍差。;3)由可编程运动控制器(PMC)组成的运动控制系统
可编程运动控制器是运动控制专用控制器,将人机界面、运动控制等功能集于一身,成本要低于PLC运动控制系统,但其开放性更差些。
4)计算机数字控制(CNC)系统
CNC系统基于数控系统,也可以构成运动控制系统。
CNC系统可以采用数控代码编程,开发周期短,但价格往往更高。它一般是封