機(jī)電一體化綜合試驗(yàn)平臺(tái)試驗(yàn)說(shuō)明書(shū)

1、機(jī)電一體化綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn) 說(shuō)明書(shū)機(jī)電一體化綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明書(shū)機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是機(jī)電一體化和測(cè)試技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，系統(tǒng)集成了電 機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制等。1概述1.1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介運(yùn)動(dòng)控制起源于早期的伺服控制，簡(jiǎn)單地說(shuō)，運(yùn)動(dòng)控制就是對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部 件的位置、速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，使其按照預(yù)期的軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如 速度、加速度參數(shù)等）完成相應(yīng)的動(dòng)作。實(shí)際應(yīng)用中，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是由運(yùn)動(dòng)控制器、功率放大驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、 起反饋?zhàn)饔玫膫鞲衅鳌⒓由弦恍﹤鲃?dòng)機(jī)械系統(tǒng)部件組成。運(yùn)動(dòng)控制器是以中央邏輯控制單元為核心、以傳感器為信號(hào)元件，以電機(jī)/ 動(dòng)力裝置和執(zhí)行單元為控制對(duì)象的一種控制裝

2、置。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通常有開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種方式。如圖1所示，為開(kāi)環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的典型構(gòu)成。在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng) 的輸出量對(duì)控制作用沒(méi)有影響，既不需要對(duì)輸出量進(jìn)行測(cè)量，也不需要將輸出 量反饋到系統(tǒng)的輸入端與輸入量進(jìn)行比較。采用步進(jìn)電機(jī)的位置控制系統(tǒng)就是 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的例子。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)與控制器只是按照指令位置運(yùn)動(dòng)，不必對(duì)輸出 信號(hào)（即實(shí)際位置）進(jìn)行測(cè)量。應(yīng)用程序指令.運(yùn)動(dòng)指令傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，作為輸入信號(hào)與反饋信號(hào)之差的作業(yè)誤差信號(hào)被傳送 到控制器，以便減小誤差，并且使系統(tǒng)的輸出達(dá)到希望的值。閉環(huán)控制系統(tǒng)的 優(yōu)點(diǎn)是采用了反饋，因而使系統(tǒng)的響應(yīng)對(duì)外部干擾和內(nèi)部系統(tǒng)的參數(shù)變化均不 敏感。這樣

3、，對(duì)于給定的控制對(duì)象，有可能采用不太精密且成本較低的元件構(gòu) 成精確的控制系統(tǒng)，采用交流伺服電機(jī)的位置控制系統(tǒng)（圖2所示）就是閉環(huán) 控制系統(tǒng)的一個(gè)例子，安裝在電機(jī)軸上的編碼器不斷檢測(cè)電機(jī)軸的實(shí)際位置（輸 出量）并反饋回伺服驅(qū)動(dòng)器與參考輸入位置進(jìn)行比較，PID調(diào)節(jié)器根據(jù)位置誤 差信號(hào)，控制電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而將電機(jī)位置保持在希望的參考位置上。反饋兀件傳動(dòng)機(jī)溝應(yīng)用稈洋指令運(yùn)勸指令1.2運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)動(dòng)控制器是以中央邏輯控制單元為核心、以傳感器為信號(hào)元件，以電機(jī)/ 動(dòng)力裝置和執(zhí)行單元為控制對(duì)象的一種控制裝置，主要用于對(duì)機(jī)械傳動(dòng)裝置的 位置、速度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使運(yùn)動(dòng)部件按照預(yù)期的軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參

4、數(shù)完成相應(yīng)的動(dòng)作。與傳統(tǒng)的數(shù)控裝置相比，運(yùn)動(dòng)控制器具有以下特點(diǎn)：技術(shù)更新，功能更加強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)軌跡控制，是傳統(tǒng)數(shù)控裝置的 換代產(chǎn)品；結(jié)構(gòu)形式模塊化，可以方便地相互組合，建立適用于不同場(chǎng)合、不同功能需 求的控制系統(tǒng)；操作簡(jiǎn)單，在PC上經(jīng)簡(jiǎn)單編程即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，而不一定需要專(zhuān)門(mén)的數(shù) 控軟件。目前，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)由面向傳統(tǒng)的數(shù)控加工行業(yè)專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)而發(fā)展 為具有開(kāi)放結(jié)構(gòu)、能結(jié)合具體應(yīng)用要求而快速重組的先進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)。與此 相適應(yīng)，運(yùn)動(dòng)控制器從以單片機(jī)、微處理器為核心或以專(zhuān)用芯片(ASIC)為核心 處理器的運(yùn)動(dòng)控制器，發(fā)展到了基于PC總線(xiàn)的以DSP和FPGA作為核心處理器 的開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)

5、控制器。這種開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器，充分利用DSP的計(jì)算能力，進(jìn) 行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、高速實(shí)時(shí)多軸插補(bǔ)、誤差補(bǔ)償和運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)計(jì)算，使 得運(yùn)動(dòng)控制精度更髙、速度更快、運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)；充分利用DSP和FPGA技術(shù), 使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加開(kāi)放，可根據(jù)用戶(hù)的應(yīng)用要求進(jìn)行客制化的重組，設(shè)計(jì)出個(gè) 性化的運(yùn)動(dòng)控制器?；赑C總線(xiàn)的開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器己成為當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng) 用最廣、功能最強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制器，并且在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。2固高科技機(jī)電一體化技術(shù)綜合測(cè)試平臺(tái)機(jī)電一體化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是固高科技針對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)訓(xùn)和故障 診斷技術(shù)應(yīng)用研究而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以任意的組合交流伺服系 統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)

6、、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)以及變頻器控制系統(tǒng)等。系統(tǒng)組成如下所示：控制器為運(yùn)動(dòng)控制器，是控制系統(tǒng)的核心，完成運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制的功能。 端子板為控制器的10板，用于轉(zhuǎn)接運(yùn)動(dòng)控制器的輸入輸出信號(hào)，轉(zhuǎn)接器用于模 擬各種故障，可利用板卡10控制接線(xiàn)的通斷。驅(qū)動(dòng)器為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部分， 驅(qū)動(dòng)各種電機(jī)運(yùn)動(dòng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包含電機(jī)以及傳感器等。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3.1交流伺服控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)與故障診斷實(shí)驗(yàn)3.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解交流伺服系統(tǒng)的組成和控制原理；2、熟悉交流伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)的設(shè)置，控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置等;3、熟悉交流伺服系統(tǒng)的操作和使用方法；4、掌握交流伺服控制系統(tǒng)的電氣故障診斷與排除方法。3.1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備機(jī)電一體化綜

7、合測(cè)試平臺(tái)（含交流伺服控制模塊）1臺(tái)3.1.3實(shí)驗(yàn)要求完成以下實(shí)驗(yàn)要求：1. 接線(xiàn)實(shí)驗(yàn)2. 驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置3. 故障測(cè)試4. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)和體會(huì)（電子版和紙質(zhì)版上交）3. 2變頻器控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)與故障診斷實(shí)驗(yàn)3.2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解變頻電機(jī)控制系統(tǒng)的組成和控制原理；2. 熟悉變頻電機(jī)控制系統(tǒng)的操作和使用方法；3. 熟悉變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)的設(shè)置；4. 掌握變頻器控制系統(tǒng)的電氣故障診斷與排除方法。3. 2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備機(jī)電一體化綜合測(cè)試平臺(tái)（含變頻電機(jī)控制模塊）1臺(tái)3.2.3實(shí)驗(yàn)要求1. 接線(xiàn)實(shí)驗(yàn)2. 驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置3. 故障測(cè)試4. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)和體會(huì)（電子版和紙質(zhì)版上交）3. 3單軸電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)3

8、. 3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 理解運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)加、減速控制的基本原理及其常見(jiàn)實(shí)現(xiàn)方式（T曲線(xiàn)模式）3. 3.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備機(jī)電一體化技術(shù)綜合測(cè)試平臺(tái)一套單軸電機(jī)實(shí)驗(yàn)6000位移-時(shí)間曲線(xiàn)圖：000010300P3D03030060300-T一一I一一1-一_丄IJ_17:45:45 17:45:47 17:45:49 17:4551 17:4563 17:45 551008060JIT - 丨1 -_ - -TIT1008060控制電機(jī)1T46:45 45 17 45 4() 17:46 51 17 45:53 17:5 551規(guī)劃位蛍20000 PULSE402010003-100002000017 4545 17:Z5 47 17:4549 17 45 51 174553 174555一-1一一一1 T_174545 V 15:47 174517 4551 17:45 53 174555速度 20