二自由度運動控制系統(tǒng)(共6頁)

1、 二自由度運動(yndng)控制系統(tǒng) KNT-PHT2 預習(yx)報告 班級(bnj)：自動化4班 學號：201132010417 姓名：羅濱一、實驗(shyn)目的 掌握(zhngw)二自由度運動控制系統(tǒng)實訓裝置的基本組成 掌握設備基本(jbn)部件的作用 二、實驗設備1二自由度運動控制系統(tǒng)實訓裝置 2AC 220V 電源 三、KNT-PHT2 實訓裝置的基本構成及特點1、 二自由度運動控制系統(tǒng)在理解和掌握氣動應用和位置控制原理的基礎上， 利用 PLC 或其他控制器實現對其控制，利用設備控制面板上的模式旋鈕來選擇 自動/手動的運行方式，該實訓裝置主要由二維畫筆和電控系統(tǒng)兩大部分所組成。 （

2、1）、二維畫筆 二維畫筆由二維十字滑臺、工作臺、畫筆臺、控制盒及實訓桌等組成。 a 二維十字滑臺 結構： 二維十字滑臺主要 X 軸滾珠絲杠副運動機構和 Y 軸滾珠絲杠副運動機構所組成。Y 軸滾珠絲杠副運動機構是直接安裝在實訓桌面的，X 軸滾珠絲杠副運動機構是安裝在 Y 軸滾珠絲杠副運動機構的滑塊上面的， 這樣 X 軸滾珠絲杠副運動機構、Y 軸滾珠絲杠副運動機構就組合成了一個二維十字滑臺滾珠絲杠副運動機構：滾珠絲杠副運動機構由前后支撐塊、驅動電機（伺服電機）及支架、導柱、 滑塊、滾珠絲杠副以及磁簧開關等器件構成。其中，滾珠絲杠副運動機構由前后支撐塊、驅動電機（伺服電機）及支架、導柱、滑塊、滾珠絲

3、杠副以及磁簧開關等器件構成。 特點：當驅動電機轉動時，由于電機軸與滾珠絲杠副運動機構的滾珠絲杠副通過彈性聯(lián)軸器連接，所以滾珠絲杠與電機同步轉動，而裝在滾珠絲杠副上面的螺母塊是與滑塊位固定在一起的，螺母塊會隨著滾珠絲杠副的正反轉動做左右運動，所以滑塊沿著兩根導柱做直線運動。此外，滾珠絲杠副運動機構的原點位置是用磁簧開關檢測定位的，并在兩端的極限位置上安裝了硬限位開關（磁簧開關），可有效防止由于運行超程而引起的機械(jxi)或電氣設備的損壞。該運動機構具有行走阻力小、運行平穩(wěn)、精度高等特點(tdin)，通過伺服電機驅動，可以實現高精度的定位控制和比較復雜的軌跡運動控制。 b 工作臺 用于放置 A4

4、 紙，在加工過程中帶動工件進行(jnxng)移動加工。 c 畫筆臺 畫筆臺主要有畫筆支架、電磁鐵、筆筒等組成。 d 控制盒 主要由鋁型材加工制作，在其面板上裝有控制開關和按鈕。各開關、按鈕名稱功能說明如下： eq oac(,1)“啟動”按鈕，自動運行時啟動控制按鈕。 eq oac(,2)“停止”按鈕，停止設備控制按鈕。 eq oac(,3) 報警指示燈。 eq oac(,4)“緊急停止”按鈕，當遇到突發(fā)事件或異常狀況時，按下此按扭，自動門系統(tǒng)由于斷電，立即停止運行，待人來處理問題，從而保護人身和設備安全。如要從新運行設備，必須通過手動將此按鈕復位后，系統(tǒng)才能恢復供電，從新啟動運行設備。 eq

5、oac(,5)“手動/自動”二位主令開關，手動運行和自動運行模式選擇開關。 eq oac(,6)“速度選擇”按鈕，手動運行模式下，確定所選軸的速度。 eq oac(,7)“復位”按鈕，復位控制按鈕。 eq oac(,8)“畫筆”按鈕，手動模式下，控制畫筆的上下。 eq oac(,9) 手動搖柄，手動模式下，控制X軸、Y軸的運動。e 實訓桌本實驗裝置的桌面和桌腳全部采用優(yōu)質標準鋁型材加工，重量輕、強度好、美觀大方，實訓臺桌面叢向開有間隔距離均勻的若干T型槽，各種機械部件和各種電器元氣件可以方便的在桌面上安裝拆卸，另外桌腳設有滑輪實訓裝置可以方便的移動。（2）、電控系統(tǒng) 電控系統(tǒng)是由伺服電機及驅動

6、器組件、電氣電路等兩部分所組成。 a 伺服電機及驅動器 該設備的 X、Y 各軸的運動均由伺服電機驅動，具體型號為如下： 伺服電機：TSB07301C2NT3 伺服驅動器：KNT-KSA 系列用戶通過各運動指令向伺服系統(tǒng)發(fā)出定位命令，伺服電機通過接收驅器 的信號實現用戶設定的定位控制。 b 電氣電路 該部分是由斷路器、繼電器、開關電源、PLC、EM227 通訊模塊、接線端子 等組成。 eq oac(,1) 小型斷路器：控制設備電源通斷。 eq oac(,2) 開關電源：將交流220V轉換為直流24V供中間繼電器，傳感器等弱電電路使用。 eq oac(,3) 西門子200PLC。 eq oac(,

7、4) EM227 通訊模塊：型號為6ES7277-0AA22-0XA0，用于PLC之間的通訊。 eq oac(,5) 繼電器：用于控制畫筆電磁鐵和伺服驅動器的使能。 eq oac(,6) X軸伺服驅動器，Y軸伺服驅動器。 eq oac(,7) 接線端子。擴展(kuzhn)伺服電機(dinj)步進電機區(qū)別1、伺服電機的類型和工作(gngzu)特點 伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和 HYPERLINK /s?q=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E4%BC%BA%E6%9C%8D%E7%94%B5%E5%

8、8A%A8%E6%9C%BA&ie=utf-8&src=se_lighten_f t /dianzichangshi/_blank 交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降.。2、 HYPERLINK /s?q=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E4%BC%BA%E6%9C%8D%E7%94%B5%E6%9C%BA&ie=utf-8&src=se_lighten_f t /dianzichangshi/_blank 交流伺服電機和無刷 HYPERLINK /s?q=%E7%9B%B4%E6%B5%81%E4%BC%BA%E6%9C%8D%

9、E7%94%B5%E6%9C%BA&ie=utf-8&src=se_lighten_f t /dianzichangshi/_blank 直流伺服電機在功能上有什么區(qū)別交流伺服要好一些，因為是正弦波控制滾珠絲桿，轉矩脈動小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單，便宜。永磁交流伺服電動機同 HYPERLINK /s?q=%E7%9B%B4%E6%B5%81%E4%BC%BA%E6%9C%8D%E7%94%B5%E5%8A%A8%E6%9C%BA&ie=utf-8&src=se_lighten_f t /dianzichangshi/_blank 直流伺服電動機比較，主要優(yōu)點有： 無電刷和換向器，

10、因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低。 定子繞組散熱比較方便。 慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性 HYPERLINK /s?q=%E6%B3%A2%E7%BA%B9%E7%AE%A1%E8%81%94%E8%BD%B4%E5%99%A8&ie=utf-8&src=se_lighten_f t /dianzichangshi/_blank 波紋管聯(lián)軸器。 適應于高速大力矩工作狀態(tài)。 同功率下有較小的體積和重量。3、伺服電機和步進電機伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉1個脈沖對應的角度，從而實現位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉一個角度，

11、都會發(fā)出對應數量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉動，從而實現精確的定位，可以達到0.001mm。步進電機是一種離散運動的裝置，它和現代 HYPERLINK /s?q=%E6%95%B0%E5%AD%97%E6%8E%A7%E5%88%B6%E6%8A%80%E6%9C%AF&ie=utf-8&src=se_lighten_f t /dianzichangshi/_blank 數字控制技術有著本質的聯(lián)系。在目前國內的 HYPERLINK /s?q=%E6%95%B0%E

12、5%AD%97%E6%8E%A7%E5%88%B6%E7%B3%BB%E7%BB%9F&ie=utf-8&src=se_lighten_f t /dianzichangshi/_blank 數字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數字式交流伺服系統(tǒng)的出現，交流伺服電機也越來越多地應用于數字控制系統(tǒng)中。為了適應數字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號） HYPERLINK /s?q=%E5%BC%B9%E6%80%A7%E8%81%94%E8%BD%B4%E5%99%A8&ie=utf-8&src=s

13、e_lighten_f t /dianzichangshi/_blank 彈性聯(lián)軸器，但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。4、伺服電機和步進電機的性能差別 eq oac(,1)、 HYPERLINK /s?q=%E6%8E%A7%E5%88%B6%E7%B2%BE%E5%BA%A6&ie=utf-8&src=se_lighten_f t /dianzichangshi/_blank 控制精度不同兩相 HYPERLINK /s?q=%E6%B7%B7%E5%90%88%E5%BC%8F%E6%AD%A5%E8%BF%9B%E7%94%B5%E6%9C%BA&ie=utf-8&src=se_

14、lighten_f t /dianzichangshi/_blank 混合式步進電機步距角一般為3.6、 1.8，五相混合式步進電機步距角一般為0.72 、0.36。也有一些高性能的步進電機步距角更小。如四通公司生產的一種用于慢走絲機床的步進電機，其步距角為0.09；德國百格拉公司（BERGER LAHR）生產的三相混合式步進電機其步距角可通過 HYPERLINK /s?q=%E6%8B%A8%E7%A0%81%E5%BC%80%E5%85%B3&ie=utf-8&src=se_lighten_f t /dianzichangshi/_blank 撥碼開關設置為1.8、0.9、0.72、0.3

15、6、0.18、0.09、0.072、 0.036，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。交流(jioli)伺服電機的控制精度由電機軸后端的 HYPERLINK /s?q=%E6%97%8B%E8%BD%AC%E7%BC%96%E7%A0%81%E5%99%A8&ie=utf-8&src=se_lighten_f t /dianzichangshi/_blank 旋轉(xunzhun)編碼器保證。以松下全數字式交流伺服電機為例，對于帶標準2500線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻(bi pn)技術，其脈沖當量為360/10000=0.036。對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接

16、收217=131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360/131072=9.89秒。是步距角為1.8的步進電機的脈沖當量的1/655。 eq oac(,2)、低頻特性不同步進電機在低速時易出現低頻振動現象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等。交流伺服電機運轉非常平穩(wěn) HYPERLINK /s?q=%E8%86%9C%E7%89%87%E8%81%94%E8%BD%B4%

17、E5%99%A8&ie=utf-8&src=se_lighten_f t /dianzichangshi/_blank 膜片聯(lián)軸器，即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調整。 eq oac(,3)、矩頻特性不同步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。 eq oac(,4)、過載能力不

18、同步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其 HYPERLINK /s?q=%E6%9C%80%E5%A4%A7%E8%BD%AC%E7%9F%A9&ie=utf-8&src=se_lighten_f t /dianzichangshi/_blank 最大轉矩為額定轉矩的三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的 HYPERLINK /s?q=%E6%83%AF%E6%80%A7%E5%8A%9B%E7%9F%A9&ie=utf-8&src=se_lighten_f t /dianzichangshi/_blank 慣性力矩。

19、步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，便出現了力矩浪費的現象。 eq oac(,5)、運行性能不同步進電機的控制為 HYPERLINK /s?q=%E5%BC%80%E7%8E%AF%E6%8E%A7%E5%88%B6&ie=utf-8&src=se_lighten_f t /dianzichangshi/_blank 開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉的現象，停止時轉速過高易出現過沖的現象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行