畢業(yè)設(shè)計（論文）-二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）-二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)設(shè)計 二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要轉(zhuǎn)臺在航天航空領(lǐng)域中多用于對地面半實(shí)物進(jìn)行實(shí)時仿真和測試，是一種很關(guān)鍵的硬件設(shè)備，利用轉(zhuǎn)臺可以模擬飛行器的空中姿態(tài)，獲取其制導(dǎo)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)以及相應(yīng)器件的各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)計和改進(jìn)，達(dá)到預(yù)期效果。在軍事領(lǐng)域，雷達(dá)天線的自動瞄準(zhǔn)跟蹤控制，高射炮，導(dǎo)彈發(fā)射架的瞄準(zhǔn)運(yùn)動控制，坦克，軍艦的炮塔運(yùn)動控制等都是基于二維轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動控制，所以對其進(jìn)行研究有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在工業(yè)制造行業(yè)，越來越多的機(jī)械手被應(yīng)用進(jìn)來，而轉(zhuǎn)臺為其提供了很好的自由度。所以說，轉(zhuǎn)臺性能的好壞直接關(guān)系到仿真實(shí)驗(yàn)的可靠性和置信度，是保證航空航

2、天系列產(chǎn)品及武器系統(tǒng)精度和性能的基礎(chǔ)，在航天工業(yè)和國防建設(shè)的發(fā)展中具有重要的意義。本課題研究的二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)正是對引信模擬試驗(yàn)臺的控制部分進(jìn)行研究，主要包含主軸調(diào)速控制和運(yùn)動控制。首先進(jìn)行了控制方案設(shè)計，控制流程設(shè)計，然后通過對控制器件的選擇進(jìn)一步改進(jìn)控制方案，最后，通過上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。調(diào)試和測試結(jié)果表明該系統(tǒng)符合設(shè)計要求。關(guān)鍵字：飛行模擬仿真轉(zhuǎn)臺，伺服系統(tǒng)，pmac，delphi控制界面design of the control system for two-dimensional turntableabstractin the aerospace field, turnt

3、able, which is a key hardware, is used for real-time simulation and testing on hardware-in-the-loop hwil . we can use a turntable to simulate the attitude of the aircraft in the air for its guidance system, control systems and lots of experimental data about the devices which is expected. based on s

4、uch parameters, we re-design and improve it to achieve the expected effect. in the military field, anti-aircraft guns, the automatic target tracking control on the radar antenna, the control for missile launchers target motion, tanks and the movement control of warships turret, all of them are based

5、 on the control of two-dimensional turntable movement, so that the important practical significance is expected on the study. in the industrial manufacturing industry, as the turntable has a good degree of freedom,more and more robotics have been applicated, so the performance of the turntable has a

6、 significance effect on reliability and confidence of the simulation experiment.it is the basis to ensure the accuracy and performance of series of aerospace and weapon system, and of great significance in the development of the aerospace industry and defense.this topic on the acceleration turntable

7、 control system of two-dimensional discuss the control system of the simulation test bed of the missile launchers. it is consists mainly of the control of variable frequency motor and servo motor. firstly, i design the control scheme and the control process. then choose the control devise and improv

8、e the scheme.finally, i use the pc interface to complete the process of control simulationkeyword：the simulation turntable for flight，servo motor，pmac，the interface of delphi目 錄1緒論11.1 課題研究的背景意義和目的11.2 仿真實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1 國外仿真轉(zhuǎn)臺的發(fā)展現(xiàn)狀1 國內(nèi)仿真轉(zhuǎn)臺的發(fā)展現(xiàn)狀21.3 論文結(jié)構(gòu)安排 . 32 轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計42.1 試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺的構(gòu)成42.2 仿真轉(zhuǎn)臺的控制系統(tǒng)4 伺

9、服控制系統(tǒng)4 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)52.3 系統(tǒng)工作原理53 二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計73.1 變頻電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計7 變頻電機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計7 交流變頻調(diào)速電機(jī)7 ev3000 變頻器83. 2 基于 pmac 伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計9 伺服控制系統(tǒng)硬件設(shè)計9 伺服驅(qū)動器12 伺服電動機(jī)133.3 本章小結(jié)154 試驗(yàn)臺控制系統(tǒng)軟件部分研究164.1 pmac 卡 pid 運(yùn)動控制算法參數(shù)調(diào)整164.2 pmac 軟件編程174.3 變頻調(diào)速電機(jī)控制方式19 變頻器通信協(xié)議19 控制程序編寫224.4 上位機(jī)控制界面設(shè)計274.5 二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)工作過程簡述294.6 二維加速度轉(zhuǎn)

10、臺控制系統(tǒng)工作流程314.7 本章小結(jié)325 結(jié)論33參 考 文 獻(xiàn)：34致 謝36緒論1.1 課題研究的背景意義和目的航空、航天和航海工業(yè)的發(fā)展水平是一個國家科技能力、國防實(shí)力和綜合國力的重要標(biāo)志。航空、航天和航海技術(shù)不但在國防軍事領(lǐng)域中具有舉足輕重的地位，在民用領(lǐng)域也有著相當(dāng)重要的意義。神舟號系列宇宙飛船的成功飛行、同步通訊衛(wèi)星的準(zhǔn)確定位、導(dǎo)彈的精確定位和遠(yuǎn)洋船只的安全航行等等，這些都是因?yàn)槭褂昧烁呔鹊膽T性導(dǎo)航與制導(dǎo)技術(shù)。慣性導(dǎo)航與制導(dǎo)系統(tǒng)是個復(fù)雜的系統(tǒng)，慣性元件精度的高低在很大程度上又決定了慣性導(dǎo)航與制導(dǎo)系統(tǒng)精度的高低。為此世界各國都投入了大量的人力和物力來研究如何提高慣性元件的精度，

11、進(jìn)而不斷提高慣性導(dǎo)航與制導(dǎo)系統(tǒng)的精度。目前，在軍事領(lǐng)域，武器系統(tǒng)的控制正在向高精尖準(zhǔn)發(fā)展，其自動化程度越來越高。而轉(zhuǎn)臺作為其中一個基礎(chǔ)器件，對于其控制的研究有著非同尋常的作用。目前，在各個科研或高校單位中，實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺作為航海航天等領(lǐng)域中進(jìn)行模擬、仿真、測試的關(guān)鍵設(shè)備，在科學(xué)試驗(yàn)過程中起到重要作用。它可以真實(shí)地復(fù)現(xiàn)被測器件在不同自由度方向的運(yùn)動特征，從而對被測器件的性能進(jìn)行模擬測試，獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)被測系統(tǒng)或部件是否達(dá)到整體設(shè)計的性能指標(biāo)。炮塔，坦克，導(dǎo)彈發(fā)射架都是轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)，要想這些設(shè)備具有良好的性能，大量的數(shù)據(jù)是不可或缺的，很顯然實(shí)物試驗(yàn)不僅成本太高，而且具有自身的危險性和不可預(yù)知性，所以

12、，我們必須使用半實(shí)物仿真轉(zhuǎn)臺來進(jìn)行試驗(yàn)和獲取數(shù)據(jù)。本課題研究的二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)正是基于以上各種經(jīng)濟(jì)、安全、高效等各方面的考慮，利用二維轉(zhuǎn)臺的控制特性，從二維空間進(jìn)行導(dǎo)彈發(fā)射和炮塔運(yùn)動環(huán)境的地面模擬，相對來說，控制精度高，模擬較為逼真，很有實(shí)用價值，對航空航天和國防發(fā)展有重大作用！1.2 仿真實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 國外仿真轉(zhuǎn)臺的發(fā)展現(xiàn)狀世界上的第一臺轉(zhuǎn)臺是1945年由美國麻省理工學(xué)院儀表實(shí)驗(yàn)室研制成功的，定為a型轉(zhuǎn)臺，采用普通滾珠軸承，用交流力矩電機(jī)驅(qū)動，角位置測量元件采用滾珠與微動開關(guān)，由于采用的元件精度比較低，加上沒有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，該轉(zhuǎn)臺存在許多缺點(diǎn)，精度也只能達(dá)到角分級，實(shí)際上沒有

13、投入使用。六十年代開始對轉(zhuǎn)臺的重要部件如軸承、驅(qū)動馬達(dá)和監(jiān)測元件進(jìn)行了系統(tǒng)的改進(jìn)，研制成功了專用于轉(zhuǎn)臺的空氣軸承和液壓軸承，轉(zhuǎn)臺的技術(shù)水平推向了一個新臺階。隨后，美國的歐思一伊利諾斯公司的菲克系統(tǒng)分公司又研制出了t-800型伺服轉(zhuǎn)臺，它標(biāo)志著美國的轉(zhuǎn)臺設(shè)計己經(jīng)達(dá)到了一個新水平。同時誕生了一些專業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)臺的公司，如美國的cgc公司、carco公司、德國的mbb公司等cgc公司于1969年有兩個精密儀器公司合并而成，1974年，美國的歐文斯-伊利諾斯公司的菲克系統(tǒng)分公司并入cgc公司，從此，飛行仿真轉(zhuǎn)臺的研制進(jìn)入了一個高速發(fā)展階段。20世紀(jì)80年代，cgc公司又研制改進(jìn)了轉(zhuǎn)臺itatt， 用來測量

14、高精度慣性制導(dǎo)與導(dǎo)航系統(tǒng)。itatt型轉(zhuǎn)臺的許多性能指標(biāo)代表了當(dāng)時轉(zhuǎn)臺技術(shù)發(fā)展的最高水平，設(shè)計中采用的許多新技術(shù)和新措施對后來的轉(zhuǎn)臺發(fā)展來說具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義10。當(dāng)前，由于美國的海陸空軍和民用部門應(yīng)用慣性系統(tǒng)越來越多，對陀螺精度要求也越來越高，因此轉(zhuǎn)臺的研制進(jìn)入了一個飛速發(fā)展時期。目前轉(zhuǎn)臺多采用力矩電機(jī)直接驅(qū)動和計算機(jī)控制，精度和性能已經(jīng)達(dá)到了很高的水平11。在國際上，由于慣性制導(dǎo)技術(shù)受到世界上技術(shù)先進(jìn)國家和發(fā)展中國家的普遍重視，所以美國、俄羅斯、英國、法國、瑞士、中國、印度等國都投入了大量的資金和人力從事轉(zhuǎn)臺的研制。其中，美國的轉(zhuǎn)臺研究一直處于世界領(lǐng)先水平，其次，德、英、法和瑞士等國研制的

15、轉(zhuǎn)臺也具有一定代表性，性能和質(zhì)量僅次于美國。我國的轉(zhuǎn)臺研制雖然比發(fā)達(dá)國家起步晚，但這些年來也取得了一定的成就，特別是近幾年來，轉(zhuǎn)臺的研制得到了很大的發(fā)展。我國在20世紀(jì)60年代自主研發(fā)和制造了第一臺液壓飛行仿真轉(zhuǎn)臺，為我國早期飛行器控制和制導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。進(jìn)入80年代后，我國將數(shù)字控制引入到了轉(zhuǎn)臺控制中，用軟件實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜控制規(guī)律，參數(shù)調(diào)整也比模擬控制器方便，將我國的轉(zhuǎn)臺研究開發(fā)帶入了一個新的時代。1990年，中航303所研制成功了sgt 1型三軸捷聯(lián)慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺，這是我國第一臺計算機(jī)控制的高精度三軸慣導(dǎo)測試臺。進(jìn)入90年代以來，轉(zhuǎn)臺的研制進(jìn)入了數(shù)字和模擬的要求也越來越高，這就對轉(zhuǎn)

16、臺的設(shè)計和整定提出了更高的要求。目前，國內(nèi)也有很多研究機(jī)構(gòu)和高校在從事轉(zhuǎn)臺的研究與開發(fā)，例如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等總體來看，我國的轉(zhuǎn)臺發(fā)展起步較晚，但發(fā)展較快，目前我國在轉(zhuǎn)臺水平已處于國際九十年代初期水平16。1.3 論文結(jié)構(gòu)安排 仿真轉(zhuǎn)臺設(shè)計涉及了很多的控制技術(shù)，包括基本的運(yùn)動控制、高精度的伺服控制、高轉(zhuǎn)速的變頻控制、多軸控制等等，因此轉(zhuǎn)臺控制技術(shù)是一種很關(guān)鍵的技術(shù)。本論文的內(nèi)容包含以下幾個部分：第一章說明了課題研究的背景意義和目的，指出了仿真轉(zhuǎn)臺在軍事國防和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的廣泛應(yīng)用和重要性。對轉(zhuǎn)臺的發(fā)展歷程做了簡述，指明了我們的轉(zhuǎn)臺研究情況，突出了該設(shè)計的意義和目的。第二章對于

17、該課題的控制方案做了總體設(shè)計，涵蓋了系統(tǒng)工作原理、控制系統(tǒng)整體框圖、以及各部分的構(gòu)成及主要功能。第三章對于控制系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了詳細(xì)介紹。包括器件的選型、工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)及性能表。第四章介紹了系統(tǒng)的軟件控制。包括軟件算法、控制規(guī)律、編程語言、上位機(jī)的控制命令及變頻器的通信協(xié)議。 第五章對全文進(jìn)行了總結(jié)。對該設(shè)計做了全面概述，同時對系統(tǒng)存在的不足和改進(jìn)之處進(jìn)行了說明。2 轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2.1 試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺的構(gòu)成本試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺由主控計算機(jī)，變頻調(diào)速系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)，減速機(jī)構(gòu)，主轉(zhuǎn)軸及滑環(huán)構(gòu)成。本設(shè)計的主體部分為伺服系統(tǒng)和變頻調(diào)速系統(tǒng)控制，驅(qū)動方式采用電氣驅(qū)動。各部分功能介紹：控制臺：主要是主控計算

18、機(jī)和監(jiān)控顯示系統(tǒng)。利用主控計算機(jī)向轉(zhuǎn)臺發(fā)控制指令，而后將采集的數(shù)據(jù)通過監(jiān)控系統(tǒng)顯示。變頻調(diào)速電機(jī)：提供主軸的動力，使得主轉(zhuǎn)臂獲得期望的合成加速度，也就是主轉(zhuǎn)臂上試品的合加速度。伺服電機(jī)：控制試件的位置角度，來達(dá)到期望的加速度。減速器：通過該機(jī)構(gòu)將變頻電機(jī)提供的水平方向的動力轉(zhuǎn)換成垂直方向，供給主軸。主軸及滑環(huán)：數(shù)據(jù)通信和電氣連接通道。二維加速度矢量轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)框架圖見圖2.1:圖2.1 二維加速度矢量轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)框架圖2.2 仿真轉(zhuǎn)臺的控制系統(tǒng) 伺服控制系統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)可以用來變換試品的位置角度，將試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺產(chǎn)生的合加速度根據(jù)二維矢量分配原則分配到試品的x軸和y軸。 伺服控制系統(tǒng)由工業(yè)控制計算機(jī)

19、（研華工控機(jī)）、可編程多軸運(yùn)動控制卡 pmac 、伺服電機(jī)驅(qū)動器、伺服電機(jī)等組成。該流程是這樣運(yùn)作的：從研華工控機(jī)（ipc）上利用控制系統(tǒng)編程軟件將指令發(fā)送到可編程多軸運(yùn)動控制卡 pmac ，再由可編程多軸運(yùn)動控制卡 pmac 將命令傳送到伺服電機(jī)驅(qū)動器，伺服電機(jī)驅(qū)動器控制伺服電機(jī)按指令進(jìn)行運(yùn)動，來實(shí)時適配試品的位置角度。伺服系統(tǒng)內(nèi)部具有試品矢量角位置反饋裝置（反饋元件為安裝在伺服電機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變壓器），而其內(nèi)部的反饋裝置旨在提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度和位置精度。 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)該系統(tǒng)能夠?qū)χ鬓D(zhuǎn)臂進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，產(chǎn)生合成加速度。按照試件的加速度要求，計算出變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速，讓變頻調(diào)速電機(jī)按一定的頻率

20、轉(zhuǎn)動，通過減速機(jī)構(gòu)將其轉(zhuǎn)變成主軸的動力，同時與其相連的主轉(zhuǎn)臂能夠獲得所期望的合加速度。利用主控計算機(jī)發(fā)出的指令來控制變頻器的頻率（此環(huán)節(jié)需使用rs485協(xié)議進(jìn)行通信）和主轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速。主旋轉(zhuǎn)軸上安裝的光學(xué)編碼器作為反饋元件，采用pid控制規(guī)律，形成閉環(huán)控制。2.3 系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作時，轉(zhuǎn)臺的合成角加速度為a，距離軸心1m處的固定試品的法向加速度ar（指向軸心）和切向加速度at（垂直主轉(zhuǎn)臂）。根據(jù)矢量合成原理，ax+ay ar+at，兩個方向的合加速度a即主轉(zhuǎn)臂的加速度。再將這個合加速度a在試品上按試品的x（規(guī)定x向?yàn)樵嚻份S線方向）和y向分解，這兩個加速度是我們可以進(jìn)行控制的。x軸與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)臂的

21、切向夾角變化時，x向和y向加速度也會隨之變化。而合加速度只與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)速有關(guān)，因此，通過變頻電機(jī)調(diào)速電機(jī)控制主轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和伺服電機(jī)控制試件的矢量角就可以得到實(shí)驗(yàn)需要的x向和y向加速度。這些過程均是在算法下進(jìn)行，需要編制程序，按一定的算法計算出合加速度，再將其進(jìn)行分解。也就是說，程序的實(shí)現(xiàn)過程，正好是實(shí)驗(yàn)原理的逆向過程。系統(tǒng)工作原理示意圖如圖2.2所示：圖2.2 二維加速度矢量轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)工作原理圖該二維加速度轉(zhuǎn)臺主要靠變頻調(diào)速電機(jī)和伺服電機(jī)相互配合實(shí)現(xiàn)的，由伺服電機(jī)系統(tǒng)改變試品位置角度和由變頻調(diào)速電機(jī)提供動力的方式，使試品切向加速度基本保持為零，法向加速度為設(shè)定值。根據(jù)其工作原理 ax+ay

22、ar+at 可知，在整個試驗(yàn)過程中，需要提供兩方面條件才能實(shí)現(xiàn)試品所需要的加速度值：一個是由變頻調(diào)速電機(jī)控制主轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)動速度即電機(jī)的轉(zhuǎn)動頻率，另一個由伺服電機(jī)來調(diào)節(jié)試品的轉(zhuǎn)角即以試品軸心為坐標(biāo)系的x向和主轉(zhuǎn)臂垂直方向的夾角。3 二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的主體硬件由試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺的變頻調(diào)速電機(jī)控制系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)組成。本章分小節(jié)介紹系統(tǒng)硬件組成及其器件選型和技術(shù)參數(shù)。3.1 變頻電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 變頻電機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計變頻電機(jī)控制系統(tǒng)由控制主體工控機(jī)、變頻器和交流電動機(jī)三部分組成。硬件結(jié)構(gòu)中工控機(jī)是主控單元。由于變頻器和工控機(jī)的通信接口不同，要使得使工控機(jī)與變頻器之間能夠通

23、信，需要安裝一個轉(zhuǎn)換接口，工控機(jī)就可以通過rs232/rs485 轉(zhuǎn)換接口連接到變頻器，通過控制變頻器進(jìn)而間接控制變頻電機(jī)，變頻電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，光電編碼器把電機(jī)轉(zhuǎn)動信息反饋給變頻器。所以我們可以將該控制流程概括為：上位機(jī)發(fā)送通信命令控制變頻器，變頻器響應(yīng)命令驅(qū)動電機(jī)使轉(zhuǎn)臺動作，編碼器把反饋信息回傳給變頻器。該系統(tǒng)中的工控機(jī)機(jī)采用研華（advantech）工控機(jī)，變頻器選型為艾默生 ev3000 變頻器，變頻調(diào)速電機(jī)為嘉興巨能電機(jī)廠生產(chǎn)的 yvp 系列變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)。 交流變頻調(diào)速電機(jī)當(dāng)極對數(shù)不變時，電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電源頻率成正比，因此，連續(xù)的改變供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑的調(diào)

24、節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 異步電動機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速平滑性能好、機(jī)械特性較硬 的優(yōu)點(diǎn)可方便地實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，整個調(diào)速特性與直流電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速十分相似，并可與直流調(diào)速相比美。yvp變頻調(diào)速電機(jī)（全稱：yvp系列變頻調(diào)速異步電動機(jī)）是一種變更供電頻率，達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的，它依據(jù)的原理（公式）：n 60f/p 由上述公式看出，當(dāng)電機(jī)極數(shù)（p）一定時，頻率變更，電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電源頻率成正比因此，連續(xù)的改變供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻電機(jī)必須與變頻器配合使用。異步電動機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速平滑性能好、機(jī)械特性較硬 的優(yōu)點(diǎn)可方便地實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒

25、功率調(diào)速，整個調(diào)速特性與直流電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速十分相似，并可與直流調(diào)速相比美。目前國際上普遍采用變頻調(diào)速，因?yàn)樽冾l調(diào)速有以下優(yōu)點(diǎn)： 效率高、節(jié)能顯著調(diào)速平滑能在5-100hz范圍內(nèi)無級調(diào)速低頻起動時力矩參負(fù)載沖擊小起動電流小，不用附加起動設(shè)備應(yīng)用范圍廣，在50hz以下可作恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，在50hz以上可作恒功率運(yùn)行較電磁調(diào)速電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，維修方便。 圖3.1 嘉興巨能yvp 系列變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)變頻調(diào)速電機(jī)參數(shù)如表3.1:表3.1 變頻調(diào)速電機(jī)參數(shù)工作環(huán)境溫度（）額定電壓（v）額定功率（hz）額定轉(zhuǎn)矩（nm）額定電流（a）額定功率（kw）-15+40380 280 10%50

26、 60 2%47082.737 ev3000 變頻器 ev3000系列變頻器是高品質(zhì)、多功能、低噪音的矢量控制通用變頻器。通過對電機(jī)磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制，實(shí)現(xiàn)了對轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)和準(zhǔn)確控制，能以很高的控制精度進(jìn)行寬范圍的調(diào)速運(yùn)行和轉(zhuǎn)矩控制。先進(jìn)的控制算法，優(yōu)化pwm輸出超強(qiáng)的過載能力，實(shí)時負(fù)載監(jiān)控，快速響應(yīng)客戶自定義密碼，支持參數(shù)快速恢復(fù)完善的故障保護(hù)，支持應(yīng)急運(yùn)行豐富應(yīng)用功能豐富的應(yīng)用接口，便捷應(yīng)用強(qiáng)大的組網(wǎng)功能rs-485網(wǎng)絡(luò)profibus-dp網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大的ev3000后臺監(jiān)控軟件人性化的操作面板可通過延長電纜，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作運(yùn)行頻率、電壓、電流、線速度、功率等多參數(shù)在線顯示圖3.

27、2 ev3000變頻器表3.2 ev3000變頻器參數(shù)f0基本功能設(shè)定f4v/f控制f8簡易plcfc保留功能f1電機(jī)參數(shù)設(shè)定f5開關(guān)量端子f9通訊與總線fd顯示與檢查f2輔助參數(shù)f6模擬量端子fa增強(qiáng)功能fe廠家保留f3矢量控制f7過程pidfb編碼器功能ff通訊參數(shù)3. 2 基于 pmac 伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計 伺服控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 伺服系統(tǒng)主要用于試品的位置控制，實(shí)現(xiàn)試品運(yùn)動時的角度跟蹤。矢量轉(zhuǎn)臺伺服控制系統(tǒng)由工控機(jī)（ipc）、可編程多軸運(yùn)動控制器（pmac）、伺服電機(jī)驅(qū)動器、伺服電動機(jī)、二維加速度計等組成20。該控制系統(tǒng)設(shè)計的伺服運(yùn)動控制器選擇 delta tau 公司生產(chǎn)的turbo

28、pmac pci lite控制卡，主控芯片是32位浮點(diǎn)運(yùn)算處理器dsp芯片，通過 pci 總線與計算機(jī)相連，與伺服驅(qū)動器之間采用 rj45 連接器進(jìn)行連接，可以實(shí)現(xiàn) 100mbps 的實(shí)時數(shù)據(jù)通信，通過以太網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)位置、速度、加速度等信號的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。伺服驅(qū)動器選擇kollmorgen公司servostar系列無刷伺服驅(qū)動器s620，內(nèi)部包括三個控制回路，從內(nèi)到外依次是電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)。電流環(huán)和速度環(huán)的作用是提高系統(tǒng)的剛度從而抑制系統(tǒng)的非線性及外部擾動，系統(tǒng)的精度依靠位置環(huán)來保證21。由于交流伺服電機(jī)驅(qū)動器已經(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

29、制即可。伺服電機(jī)選擇丹納赫公司的伺服電機(jī)akm52k，自帶旋轉(zhuǎn)變壓器，可以檢測出伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動軸的速度和轉(zhuǎn)動角度。旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出作為速度和位置反饋信號與伺服電機(jī)驅(qū)動器連接，從而構(gòu)成完整的位置閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是定位精度準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是調(diào)試比較復(fù)雜22。 pmac 運(yùn)動控制器pmac（programmable multi-axis controller）是由美國 delta tau system公司生產(chǎn)的高性能伺服運(yùn)動控制器，一塊pmac 可以同時控制 8 個坐標(biāo)軸作高精度的運(yùn)動。pmac 采用摩托羅拉dsp56xxx 數(shù)字信號處理器，它是 pmac 的 cpu，所有 8 個坐標(biāo)軸的運(yùn)動計算都

30、是由這個 cpu 來處理的, 在數(shù)字處理器的強(qiáng)大功能支持下，pmac 提供了高性價比的多軸控制性能。這使得pmac不但可以單獨(dú)作為一個運(yùn)動控制系統(tǒng)，也可以通過與主機(jī)相連，構(gòu)成一個“pc+運(yùn)動控制器”型的運(yùn)動控制系統(tǒng)23。pmac 集運(yùn)動軸控制、plc 控制以及數(shù)據(jù)采集等多種功能為一身，除能提供運(yùn)動控制、離散控制、同主機(jī)的交互等數(shù)控的基本功能外，pmac 還具有仿真運(yùn)行、中斷、位置捕捉、位置隨動、數(shù)據(jù)采集及分析、多次開發(fā)、高分辨率的控制信號等獨(dú)特性能。作為一種具有廣泛用途的控制器，pmac 能應(yīng)用于各種各樣的設(shè)備，它不但可以用于大型設(shè)備如車床、磨床、銑床，還可以用于復(fù)雜的精密控制如機(jī)器人的控制等

31、。pmac 可以通過存儲在它自己內(nèi)部的程序進(jìn)行單獨(dú)的操作，從某種意義來說，它就是一臺實(shí)時的、多任務(wù)的計算機(jī)，能自動對任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先等級判別，從而使具有較高的優(yōu)先等級的任務(wù)比具有較低的優(yōu)先等級的任務(wù)能先被執(zhí)行。當(dāng)與一臺主計算機(jī)連接到一起使用，它們之間的通信等同于是一臺計算機(jī)與另一臺計算機(jī)之間的通信，而不是計算機(jī)與它的外圍設(shè)備之間的通信24。 pmac 可以完成以下工作： 1.執(zhí)行運(yùn)動程序：pmac 的最主要的任務(wù)是按照運(yùn)動程序順序地執(zhí)行運(yùn)動程序。當(dāng)執(zhí)行運(yùn)行程序時，pmac 一次執(zhí)行程序的一條指令，進(jìn)行該運(yùn)動命令（包括非運(yùn)動的任務(wù)）的所有計算，從而為執(zhí)行該運(yùn)動做好準(zhǔn)備。2.執(zhí)行 plc 程序 ：當(dāng)執(zhí)

32、行那些不是用運(yùn)動的順序來直接協(xié)調(diào)的動作時，pmac 提供給用戶編寫“plc程序”的能力。這種程序被稱為 plc，是因?yàn)樗鼈円砸环N與可編程邏輯控制器相似的方式工作，在處理器時間允許的情況下盡可能地連續(xù)掃描他們的操作。這些程序?qū)τ谠谶\(yùn)動順序上不同步的任務(wù)是非常有用的。 3.伺服環(huán)更新 ：對于每一個電機(jī)，pmac 都以一個固定的頻率 通常是 2khz 左右 對其進(jìn)行伺服更新。伺服更新是這樣進(jìn)行的，先根據(jù)運(yùn)動程序或別的運(yùn)動命令得到要求的位置的增量 如果需要 ，然后將這同反饋傳感器讀回的實(shí)際位置相比較，最后在兩者的差的基礎(chǔ)上發(fā)出一個輸出命令使此值變小，如此反復(fù)，直到此差值令人滿意為止。這部分的功能是自動

33、產(chǎn)生的，并不需要任何命令。 4.換向更新 ：如果 pmac 對一臺多相電機(jī)進(jìn)行換向運(yùn)動，那么它會自動地以一個固定的頻率（通常是 9khz 左右）進(jìn)行換向更新，對一臺電機(jī)來說是這樣的，測算并估算（或者要么只測量，要么只估算）轉(zhuǎn)子磁場方向，然后再分配通過分布在電機(jī)的不同相位的伺服更新算出的命令。同樣，這個功能也是自動產(chǎn)生的，并不需要任何的命令。 5.資源管理 ：pmac 會定期自動的執(zhí)行資源管理的功能，以確認(rèn)整個系統(tǒng)是處于正常的工作狀況下。這些功能還包括安全檢查，例如隨動誤差限制、硬件超行程限制、軟件超行程限制、放大器出錯。通常還包括看門狗計時器的更新。如果任何硬件或軟件的問題使這些功能不能得到執(zhí)

34、行，則看門狗計時器將會觸發(fā)，從而使卡關(guān)閉 。6.與主機(jī)通訊 ：pmac 可以在任何時間與主機(jī)通信，甚至是在一個運(yùn)動序列的中間。pmac將接受一個命令，然后采取相應(yīng)的動作，將命令放入一個程序緩沖以便以后的執(zhí)行，提供數(shù)據(jù)以響應(yīng)主機(jī)，開始電機(jī)的移動，等等。如果命令是非法的，它將會向主機(jī)報錯。 該設(shè)計系統(tǒng)選用的是 turbo pmac pci lite 型伺服運(yùn)動控制卡，turbo pmac pci lite 是屬于turbo pmac 板卡級產(chǎn)品家族，非常適合以單獨(dú)的模擬量輸入作為速度或力矩控制指令與傳統(tǒng)的伺服驅(qū)動器連接。它能夠?qū)崿F(xiàn) 32 軸控制。實(shí)物如圖3.3： 圖3.3 turbo pmac p

35、ci lite 型伺服運(yùn)動控制卡 伺服驅(qū)動器伺服驅(qū)動器采用美國丹納赫kollmorgen s600 系列數(shù)字無刷伺服驅(qū)動器充分利用了數(shù)字伺服技術(shù)的優(yōu)勢；其令人信服地證明了其高度的硬/軟件靈活性、簡易的運(yùn)行、較大的功能范圍甚至適用于標(biāo)準(zhǔn)裝置可配置用于通常需要采用運(yùn)動語言進(jìn)行全編程驅(qū)動的運(yùn)動控制。能夠創(chuàng)建300個運(yùn)動任務(wù)，這些運(yùn)動任務(wù)可以存儲并一同聯(lián)系起來產(chǎn)生運(yùn)動圖形。與kollmorgen 無刷伺服電機(jī)相結(jié)合，如akm, goldline ddr系列伺服電機(jī)，s600提供最大的電源電壓輸入范圍和功率級別苛刻的單軸和多軸應(yīng)用s300 & s600 可配置用于通常需采用運(yùn)動語言進(jìn)行全編程驅(qū)動的運(yùn)動控

36、制。，無需學(xué)習(xí)編程語言用戶只需“填空”，就可創(chuàng)建通用的運(yùn)動任務(wù)全圖形化編程環(huán)境 實(shí)時設(shè)置和修改參數(shù) 立即運(yùn)行至目標(biāo)位置根據(jù)數(shù)字量輸入，運(yùn)行到目標(biāo)位置 到達(dá)目標(biāo)位置后，延時預(yù)定時間rs485 接收器基于 windowstm 的圖形化用戶界面，支持啟動向?qū)Р捎每臻g矢量調(diào)制技術(shù)，降低了標(biāo)準(zhǔn)功率級的開關(guān)損失圖形化界面，易于安裝pi plus 控制器（pdff 格式）或pi 控制器該系統(tǒng)設(shè)計伺服驅(qū)動器采用美國丹納赫一、伺服驅(qū)動器的接線端口圖 伺服驅(qū)動器的接線端口如圖3.4：圖3.4伺服驅(qū)動器的接線端口伺服驅(qū)動器共有11類接線端口，從x0到x10；其中x0為交流電源連接口，l1，l2，l3 分別接三相電源

37、的三相，pe 接地。x1 編碼器接線口；x2 旋轉(zhuǎn)變壓器接線端口接電機(jī)反饋；x3輸入輸出端口與pmac卡相連，包括兩路可配置模擬量輸入、兩路可配置模擬量輸出，輸入輸出范圍正負(fù)10v，四路可配置數(shù)字量輸入，兩路可配置數(shù)字量輸出，遠(yuǎn)程使能輸入，24vdc； x4 為24v輸入端口，外接24v電壓源；x5編碼器等效輸出端口；x6 計算機(jī)接口，與工控機(jī)連接；x7 直流回路；x8 制動電阻；x9 電機(jī)制動器，與伺服電機(jī)相連，為其提供電源；x10電機(jī)，as安全繼電器（可選）。s620伺服驅(qū)動器參數(shù)如表3.3：表3.3 s620伺服驅(qū)動器參數(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

38、流輸入電源電壓 （vac）204016.6200230480 伺服電動機(jī) 該設(shè)計系統(tǒng)我們采用akm系列高速伺服電機(jī)danaher motion的通用旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)設(shè)計用于在寬泛的速度范圍下工作，并且由于沒有了電刷和換向器有利于降低維護(hù)。直流無刷電機(jī)憑借我們最高的扭矩/慣量比和典型設(shè)計達(dá)20,000轉(zhuǎn)/分（特殊設(shè)計達(dá)70,000轉(zhuǎn)/分）的高速能力，提供出眾的性能。kollmorgen akm系列伺服電機(jī)和 kollmorgen goldline b 系列伺服電機(jī)具備全球公認(rèn)的高品質(zhì)和高性能，是全球高性能伺服電機(jī)的典范之作。akm高性能伺服電機(jī)以廣泛的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品提供前所未有的選擇范圍和靈活性，允許工程

39、師針對電機(jī)具體特性選擇最優(yōu)化的最好的伺服電機(jī)。akm高性能伺服電機(jī)主要性能轉(zhuǎn)速高達(dá)8,000rpm，可滿足高速應(yīng)用要求除了配置精選的高性能雙極中空軸旋轉(zhuǎn)變壓器還可以選配高分辨率endat編碼器、帶有可記錄換向軌跡功能的增量式編碼器或智能反饋裝置（sfd-smart feedback device ,danaher motion獨(dú)有的智能反饋系統(tǒng)），以滿足廣泛的驅(qū)動和系統(tǒng)要求結(jié)構(gòu)緊湊（高轉(zhuǎn)矩/體積比），可在狹小空間中獲得最大的轉(zhuǎn)矩電機(jī)繞組與servostar 驅(qū)動器的最優(yōu)化匹配可獲得最佳的性能和成本各種配件及輸出安裝形式可選，故障安全型制動器、旋轉(zhuǎn)變壓器、換向編碼器、智能反饋裝置（sfd）、軸端

40、油封、飛線以及安裝在電機(jī)上的連接器等紡織設(shè)備、醫(yī)院設(shè)備、工業(yè)叉車、自動導(dǎo)引車輛、非公路車輛、包裝、機(jī)器人伺服電動機(jī)選用的是kollmorgen akm52k高性能電動機(jī)。該電機(jī)能提供非常高的轉(zhuǎn)矩和加速度，同時具有定位精度高、響應(yīng)快、可靠性好、換相性能優(yōu)、方便控制等特點(diǎn)。這些性能正是我們項目中所需要的，所以我們選用該電機(jī)。akm52k電機(jī)參數(shù)如表3.4: 表3.4 akm52k電機(jī)參數(shù)峰值失速轉(zhuǎn)矩（n/m）21.9拐點(diǎn)速度（rpm）2370峰值轉(zhuǎn)矩時的電流（arms）20.0額定速度（rpm）6000停止時的連續(xù)轉(zhuǎn)矩（tcs）8.6最高速度（rpm）3690額定功率下的轉(zhuǎn)矩（tcs）6.8慣量j

41、（kg/cm2）6.22kollmorgen akm52k伺服電動機(jī)實(shí)物如圖3.5：3.3 系統(tǒng)的電氣連接圖3.6 二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)電氣連接圖3.4 本章小結(jié) 本章完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計和級聯(lián)工作。對系統(tǒng)的各個分支系統(tǒng)的級聯(lián)方式和設(shè)備的特性進(jìn)行了介紹，尤其是系統(tǒng)中的控制器件，針對各個控制器件的選型及參數(shù)特性指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)說明。4 試驗(yàn)臺控制系統(tǒng)軟件部分研究軟件設(shè)計是整個控制系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分，軟件是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制策略的核心。系統(tǒng)包括上位機(jī)的控制界面編程和對控制器的參數(shù)整定與調(diào)節(jié)以及下位機(jī)的運(yùn)動程序編寫。上位機(jī)界面控制程序主要包括伺服電機(jī)的控制和變頻調(diào)速電機(jī)的控制。整個系統(tǒng)是在 delph

42、i 環(huán)境下，伺服電機(jī)的控制是通過調(diào)用pmac提供的activex控件ptalkdt實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)上位ipc機(jī)與下位機(jī)pmac運(yùn)動控制卡之間的通信。對于系統(tǒng)的下位機(jī)軟件編程，是通過pmac編程軟件pewin32pro來實(shí)現(xiàn)編程和下載運(yùn)動程序和 plc 程序。變頻電機(jī)控制是通過調(diào)用 delphi 第三方 activex 控件spcomm 串口通信控件來實(shí)現(xiàn)的。在整個系統(tǒng)軟件編程過程中，每部分都是按照模塊化設(shè)計思想，構(gòu)建成一個完整的系統(tǒng)軟件體系。4.1 pmac 卡 pid 運(yùn)動控制算法參數(shù)調(diào)整在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中，為了使得系統(tǒng)具有精準(zhǔn)的穩(wěn)態(tài)效果和動態(tài)特性，需要對整個系統(tǒng)的控制部分進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)試。這對系

43、統(tǒng)的穩(wěn)定性影響是至關(guān)重要的，所以當(dāng)系統(tǒng)的機(jī)械傳動、電機(jī)選型等硬件部分選定之后，系統(tǒng)控制部分的特性也就固定了，這時就可以對系統(tǒng)的控制環(huán)路參數(shù)進(jìn)行調(diào)整來達(dá)到理想的控制效果。pmac 運(yùn)動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28。該算法功能十分強(qiáng)大而且很容易理解和調(diào)整，可以為絕大多數(shù)的工業(yè)控制系統(tǒng)提供優(yōu)良的控制。pid 反饋濾波器由比例（p）、積分（i）、微分（d）參數(shù)構(gòu)成，每個參數(shù)都有相應(yīng)的功能，盡量使每個參數(shù)都調(diào)節(jié)到最佳值。在實(shí)際工程應(yīng)用中，比例、積分、微分調(diào)節(jié)是控制器中應(yīng)用最廣泛的調(diào)節(jié)方式，被稱為p

44、id調(diào)節(jié)或是pid控制。pid控制算法應(yīng)用十分廣泛，在工業(yè)控制系統(tǒng)中將近占有百分之九十的比例。其中主要是因?yàn)閜id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。pid控制器的原理就是根據(jù)比例、積分、微分三者的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算把運(yùn)算結(jié)果作為控制量，進(jìn)行調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)偏差。在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，將 pid控制器的功能用軟件來實(shí)現(xiàn)，就可在上位機(jī)靈活修正pid控制算法，在線進(jìn)行pid參數(shù)整定，使系統(tǒng)達(dá)到理想效果。pid（比例-積分-微分）控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有70多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。pid控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣

45、泛的控制器。 pid控制器由比例單元（roportion ）、積分單元（integral ）和微分單元（ derivative）組成。其輸入e t）與輸出u t）的關(guān)系為u t kpe t +1/tie t dt+td*de t /dt 式中積分的上下限分別是0和t 因此它的傳遞函數(shù)為：g s u s /e s kp1+1/ ti*s +td*s 其中kp為比例系數(shù)； ti為積分時間常數(shù)； td為微分時間常數(shù)pid是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一種控制方式，pid調(diào)節(jié)儀表也是工業(yè)控制中最常用的儀表之一，pid 適用于需要進(jìn)行高精度測量控制的系統(tǒng)，可根據(jù)被控對象自動演算出最佳pid控制參數(shù)在工程實(shí)際中，應(yīng)

46、用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱pid控制，又稱pid調(diào)節(jié)。pid控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用pid控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用pid控制技術(shù)。pid控制，實(shí)際中也有pi和pd控制。pid控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。圖4.1 p

47、id+速度/加速度前饋+notch濾波原理示意圖4.2 pmac 軟件編程pmac 軟件編程分為兩部分，一是編寫下位機(jī)運(yùn)動程序?qū)⑵湎螺d到 pmac卡 中，二是用上位機(jī)發(fā)送指令完成對電機(jī)位置和速度的實(shí)時控制、控制面板開關(guān)量的管理等任務(wù)。pmac的軟件大體上可分為三個部分即變量、命令和程序。pmac 定義了 i、p、q、m 四種變量。i 變量用于初始化和設(shè)置卡的特性，固定含義的變量。p 變量是供編程用的全局變量。q 變量是供編程用的局部變量。m 變量供用戶使用的分配內(nèi)存的指針變量。上位機(jī)通過指令對電機(jī)進(jìn)行控制，下位機(jī)則是通過程序?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行控制。pmac 有豐富的指令系統(tǒng)，總體可分為在線指令和緩沖區(qū)

48、指令兩大類，對系統(tǒng)進(jìn)行初始化和調(diào)試的過程中主要用在線指令，下載到下位機(jī)的運(yùn)動程序和 plc 程序?yàn)榫彌_區(qū)指令。pmac的命令絕大多數(shù)是在線命令，pmac接到命令后立即響應(yīng)，在線指令分為四種： 1 端口指令：為了維持多通信端口的真正獨(dú)立通信，該命令是影響對同一端口的后續(xù)動作的命令。 2 電機(jī)指令：電機(jī)是通過#n 的命令來選擇的，其中 n 是被選擇的電機(jī)的序號，范圍是1到32，它影響當(dāng)前被主機(jī)選址的電機(jī)，例如#1j+表示定義為1號電機(jī)正轉(zhuǎn)。電機(jī)命令只有少數(shù)的幾種類型，包括微動、回零、點(diǎn)動、確定電機(jī)位置、速度、跟蹤誤差等狀態(tài)。部分命令如下：表4.1 部分電機(jī)指令電機(jī)正向無限微動j+電機(jī)微動到指定位置

49、j 常量電機(jī)負(fù)向無限微動j-從當(dāng)前實(shí)際位置開始可變的增量進(jìn)行微動j *電機(jī)微動停止j/報告電機(jī)的位置p電機(jī)微動到前一次位置j 報告電機(jī)的速度v 3 坐標(biāo)系統(tǒng)命令：坐標(biāo)系統(tǒng)是通過&n 的命令來確定的，其中 n 是坐標(biāo)系的標(biāo)號，電機(jī)總是與一個軸在特定的坐標(biāo)系下相匹配，所以軸定義語句在當(dāng)前選擇的坐標(biāo)系起作用。例如&1b6r&2b8r 是指一號坐標(biāo)系運(yùn)行程序 6，2 號坐標(biāo)系運(yùn)行程序 8。一個坐標(biāo)系來執(zhí)行一個運(yùn)動控制程序，所有的程序控制命令在編址的坐標(biāo)系中起作用。通過定義坐標(biāo)系，用戶可以對軸進(jìn)行靈活控制。 4 全局命令：主要完成定義變量的操作上位機(jī)對 pmac 的控制就是通過指令進(jìn)行的，pmac 作為

50、一個完全開放的運(yùn)動控制系統(tǒng)，為上位機(jī)提供了ptalkdt驅(qū)動程序的友好接口32。部分伺服控制程序如下：private sub cmdstop_click static response as string static return_value as long return_value ptalkdt1.getresponse response, j/ end subprivate sub cmdzero_click static response as string static return_value as long return_value ptalkdt1.getresponse r

51、esponse, j 0 cmdrotate.enabled trueend subprivate sub command1_click static response as string static return_value as long return_value ptalkdt1.getresponse response, p text2.text responseend subprivate sub command2_click static response as string static return_value as long return_value ptalkdt1.ge

52、tresponse response, homez end sub4.3 變頻調(diào)速電機(jī)控制方式 變頻器通信協(xié)議為了實(shí)現(xiàn)工控機(jī)（ipc）與艾默生變頻器（ev3000）之間能夠順暢通訊，必須知道它們之間的通信協(xié)議。上位機(jī)ipc與下位機(jī)變頻器之間采用十六進(jìn)制數(shù)，數(shù)據(jù)在ipc與變頻器之間傳輸?shù)臅r候自動轉(zhuǎn)換成ascii碼傳輸。上位機(jī)ipc作為主機(jī)，從機(jī)為變頻器。采用主機(jī)“輪詢”，從機(jī)“應(yīng)答”的通信方式。協(xié)議實(shí)現(xiàn)的主要功能包括這幾方面內(nèi)容： 電機(jī)的運(yùn)行控制：包括開機(jī)、停機(jī)、自由停車、減速停車、故障復(fù)位等。 電機(jī)的運(yùn)行監(jiān)視：當(dāng)前運(yùn)行頻率、當(dāng)前設(shè)定頻率、運(yùn)行轉(zhuǎn)速、設(shè)定轉(zhuǎn)速、變頻器當(dāng)前狀態(tài)等。 變頻器功能碼參數(shù)

53、操作：用于變頻器功能碼的讀取、設(shè)置、設(shè)置并存儲。 傳輸數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)：包括三部分?jǐn)?shù)據(jù)幀頭、用戶數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)幀尾。 起始字節(jié)（字節(jié)）從機(jī)地址（字節(jié)）功能碼操作命令/響應(yīng)（字節(jié)）功能碼號（字節(jié)）功能碼設(shè)定/實(shí)際值（字）控制/狀態(tài)字（字）主設(shè)定/實(shí)際值（字）異或校驗(yàn) （字節(jié)）表4.2 數(shù)據(jù)幀格式幀頭：指的是起始字節(jié)和從機(jī)地址。 幀尾：即校驗(yàn)數(shù)據(jù)（異或校驗(yàn)）通過異或計算得出。 用戶數(shù)據(jù)：用來設(shè)定參數(shù)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)。 參數(shù)數(shù)據(jù)：功能碼操作命令或響應(yīng)、功能碼號、功能碼設(shè)定或?qū)嶋H值。在短幀中沒有參數(shù)數(shù)據(jù)。 過程數(shù)據(jù)：主機(jī)控制命令或從機(jī)狀態(tài)響應(yīng)、主機(jī)運(yùn)行主設(shè)定或從機(jī)運(yùn)行實(shí)際值。 ev3000可以通過長短幀進(jìn)行通信。

54、本文通信以長幀的方式進(jìn)行。長幀不但包括控制字和狀態(tài)字而且還包括受變頻器自身功能的限制的內(nèi)容如操作控制、觀測、維護(hù)及診斷等。 數(shù)據(jù)幀包括計算機(jī)傳輸?shù)阶冾l器的發(fā)送幀和變頻器傳輸?shù)接嬎銠C(jī)的接收幀。 從計算機(jī)到變頻器的通信發(fā)送幀格式如圖4.2 :圖4.2 從計算機(jī)到變頻器的通信發(fā)送幀格式從變頻器到計算機(jī)的通信接收幀格式如圖4.3:圖4.3從變頻器到計算機(jī)的通信接收幀格式協(xié)議內(nèi)容：1.起始字節(jié)（1個字節(jié)8bit） ev3000變頻器短幀的起始字節(jié)為7eh，長幀的起始字節(jié)為02h，特殊字節(jié)的起始字節(jié)為68h。我們應(yīng)用的是長幀格式傳輸，所以起始字節(jié)為02h。 2.從機(jī)地址（1字節(jié)8bit） 從機(jī)地址范圍2-

55、126,127為廣播地址，0、1號地址保留。從站數(shù)目超出29個，要求使用中繼器，同時中繼器將占用從機(jī)數(shù)目。從機(jī)的群組地址與本機(jī)地址不同時使用。地址字節(jié)最高位為0表示是本機(jī)的單機(jī)地址，為1表示是群組地址，保留。 3.命令字（響應(yīng)字）+功能碼號（2字節(jié)16bit） 其中命令字（響應(yīng)字）4位、功能碼組號4位、功能碼號8位。 4.功能碼設(shè)定/實(shí)際值（2字節(jié)16bit） 對應(yīng)功能碼號的參數(shù)值或錯誤參數(shù)代碼。當(dāng)功能碼操作正確時，功能碼的實(shí)際返回值用一個字（2個字節(jié)）表示，遵循先發(fā)高字節(jié)，再發(fā)低字節(jié)的原則。如果功能碼操作不爭取則用低字節(jié)返回操作錯誤代碼，此時高字節(jié)為0 5.控制/狀態(tài)字 控制電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，下面列舉說明電機(jī)運(yùn)行方式和對應(yīng)代碼：正轉(zhuǎn)運(yùn)行447f、減速停機(jī)447e、反轉(zhuǎn)運(yùn)行047f、自由停機(jī)447d、運(yùn)行使能447e、緊急停機(jī)447b、正轉(zhuǎn)點(diǎn)動050f 、點(diǎn)動停止040f、反轉(zhuǎn)點(diǎn)動060f、點(diǎn)動停止040f、變頻器故障復(fù)位448e。這些代碼基本滿足了編程要求。 6.運(yùn)行數(shù)據(jù)設(shè)定值/運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)際值（16bit） 運(yùn)行數(shù)據(jù)設(shè)定值由用戶根據(jù)控制要求來設(shè)定。目前只支持運(yùn)行頻率設(shè)定，用來設(shè)定電機(jī)的運(yùn)行頻率。 7.校驗(yàn)幀（8bit） 從機(jī)地址開始到運(yùn)行數(shù)據(jù)設(shè)定值（即第2