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多軸聯(lián)動(dòng)電壓輸出型運(yùn)動(dòng)控制器 ? 一些運(yùn)動(dòng)控制器的軌跡產(chǎn)生器具有輪廓軌跡的插 補(bǔ)功能，適用于多軸輪廓軌跡聯(lián)動(dòng)控制。
? 控制器內(nèi)具有運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生器、數(shù)字變脈沖模塊，也有的 具有反饋信號(hào)接口模塊； ? 輸出 脈沖、方向信號(hào)作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的指令信號(hào)； ? 輸出的脈沖的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)電機(jī)的希望位置，脈沖的頻率對(duì)應(yīng) 電機(jī)的速度； ? 適用于步進(jìn)電機(jī)或以脈沖鏈作為輸入信號(hào)的伺服電機(jī)系統(tǒng) 的控制。
? 為建立X軸和Z軸間凸輪關(guān)系，設(shè)線速度設(shè)為V，則在各個(gè) 相等的時(shí)間片段Δti內(nèi)，工件輪廓移過(guò)的弧長(zhǎng)ΔL應(yīng)該相等。
ΔL=Δθi×ri ri為各相等時(shí)間片段所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，半徑不同，則轉(zhuǎn)
? 將工件輪廓總長(zhǎng)作200等分，即： Δ L=L/200 ? 根據(jù)Hale Waihona Puke Baidu輪廓曲線個(gè)相等的弧長(zhǎng) Δ L各自所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角Δ θ i與半徑ri； ? 將這200個(gè)Δ θ i與ri數(shù)據(jù)制成凸輪表; ? 執(zhí)行凸輪控制指令，便可控制Z軸電機(jī)用200個(gè)相 等的時(shí)間轉(zhuǎn)過(guò)不同的角度Δ θ i，并保持V恒定； ? X軸電機(jī)和Z軸電機(jī)按凸輪表同步運(yùn)動(dòng)，從而使注 膠頭隨工件半徑不同調(diào)整在X軸的位置。
? 電機(jī)首先以加速度A加速到最大速度V，在這個(gè)速度下恒速 運(yùn)行一段時(shí)間后再以加速度A減速直至達(dá)到目標(biāo)位置； ? 設(shè)加速度和減速度相等，所以加速段和減速段電機(jī)的位移 也是相等的； ? 輸入：目標(biāo)位置P，最大速度V及加速度A；采樣時(shí)間為T(mén)。 輸出：每個(gè)瞬間電機(jī)的希望位置p(t) →p(nT)； ? P(t)對(duì)應(yīng)該瞬時(shí)速度曲線下的面積；
? 位置回路的功能：使伺服電機(jī)實(shí)際位置能夠跟隨 軌跡發(fā)生器發(fā)出的希望位置，并在保證穩(wěn)定的前 提下以要求的精度及響應(yīng)速度運(yùn)動(dòng)。 ? 為達(dá)到系統(tǒng)性能要求，回路中應(yīng)有控制策略。 ? 大部分運(yùn)動(dòng)控制器具有PID控制策略，一些有速 度前饋、加速度前饋策略。
假定 P——電機(jī)位置 V——電機(jī)速度 A——電機(jī)加速度 PN——電機(jī)位置 VN——電機(jī)速度 AN——電機(jī)加速度 N——傳感器分辨率 T——采樣周期 因此 PN ? N ? P 單位為轉(zhuǎn)； 單位為 轉(zhuǎn)/秒； 單位為轉(zhuǎn)/秒/秒； 單位為脈沖數(shù)； 單位為脈沖數(shù)/采樣； 單位為脈沖數(shù)/采樣/采樣； 單位為脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)； 單位為秒/采樣。 脈沖數(shù)
4.1 兩種輸出形式的運(yùn)動(dòng)控制器 4.2 運(yùn)動(dòng)控制器的功能 4.3 運(yùn)動(dòng)控制器的結(jié)構(gòu)類(lèi)型 4.4 運(yùn)動(dòng)控制器的技術(shù)指標(biāo) 4.5 基于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)
? 伺服電機(jī)系統(tǒng)一般即可由電壓輸出型也可由脈沖輸出型運(yùn) 動(dòng)控制器控制。 ? 當(dāng)由電壓輸出型運(yùn)動(dòng)控制器控制時(shí)，其D/A轉(zhuǎn)換器輸出的 電壓作用于驅(qū)動(dòng)器的速度回路或力矩回路，位置回路在運(yùn) 動(dòng)控制器中閉合； ? 當(dāng)由脈沖輸出型運(yùn)動(dòng)控制器控制時(shí)，其脈沖及方向信號(hào)作 用于驅(qū)動(dòng)器位置回路輸入端，位置回路在驅(qū)動(dòng)器中閉合。
? 有些運(yùn)動(dòng)控制器具有實(shí)時(shí)修改速度及加速度的功能。 ? 加速度和減速度也可能不同。
電機(jī)位置運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃及產(chǎn)生 對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出控制指令 處理位置傳感器輸出的位置信息 位置回路控制算法 尋零機(jī)構(gòu)及機(jī)械接口 通用I/O接口 驅(qū)動(dòng)器接口 控制軟件
對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制的三種類(lèi)型，有三種形式的運(yùn)動(dòng)軌跡： ? 單軸或多軸點(diǎn)到點(diǎn)（point to point 簡(jiǎn)稱(chēng)PTP)控制， 也稱(chēng)點(diǎn)位控制，電機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡一般是梯形或S型 的速度曲線。 ? 單軸或多軸連續(xù)軌跡（Continuous Path，簡(jiǎn)稱(chēng)CP), 也稱(chēng)輪廓控制，多軸合成運(yùn)動(dòng)形成直線、圓弧或任 意形狀曲線的運(yùn)動(dòng)。 ? 同步控制 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中某一個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)跟隨另一軸 運(yùn)動(dòng)或某一個(gè)軸運(yùn)動(dòng)的位置或速度隨外部條件出現(xiàn) 而改變。如電子齒輪，電子凸輪等。
? DC, BLDC,PMAM電機(jī)伺服系統(tǒng)都需要位置回路實(shí)現(xiàn)伺 服控制； ? Stepping Motor 需要運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)出脈沖、方向信號(hào)； ? 事實(shí)上，運(yùn)動(dòng)控制器還具有一些其它功能。
1、電壓輸出型運(yùn)動(dòng)控制器 ? ? ? 控制器內(nèi)具有運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生器、控制算法、反饋信號(hào)接 口，D/A轉(zhuǎn)換器等模塊； 在運(yùn)動(dòng)控制器中實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)； 一般輸出±10V范圍內(nèi)的直流電壓信號(hào)，作為驅(qū)動(dòng)器內(nèi) 速度回路或力矩回路的指令信號(hào)；
? 電子凸輪是使幾個(gè)運(yùn)動(dòng)軸按某一預(yù)先設(shè)定的軌跡同步運(yùn)行的 一種運(yùn)動(dòng)控制模式。 ? 設(shè)定的軌跡基于表格形式。 ? 下圖確定了一種電子凸輪關(guān)系，其中：X軸為主軸，Y為從軸。 ? 根據(jù)圖示關(guān)系可制成凸輪表。 ? 從軸的速度由主軸及凸輪表決定 步 號(hào) 1 2 X軸 0 2000 Y軸 0 3000
? 梯形速度曲線加速度是突變的，對(duì)機(jī)構(gòu)沖擊力較大。 ? S形速度曲線加速度是漸變的，對(duì)機(jī)構(gòu)沖擊力較小。
? 電機(jī)在曲線兩區(qū)以最 大加速度做恒加速和恒減速運(yùn)動(dòng)；在4區(qū)做恒速運(yùn)動(dòng)。 ? 輸入：目標(biāo)位置P、最大速度V、最大加速度A及加速度導(dǎo)數(shù)J 輸出：為每個(gè)瞬間電機(jī)的希望位置p(t)。
u(n)——位置控制器在采樣時(shí)刻nT時(shí)的輸出信號(hào)； e(n) ——在采樣時(shí)刻nT時(shí)的位置誤差信號(hào)；
? 可在機(jī)械軸上設(shè)置零位開(kāi)關(guān)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)控制器接收到零位信號(hào) 時(shí)，將位置計(jì)數(shù)器清零。 ? 由于零位開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)間限制，這種尋零操作不是很精確。 ? 可利用編碼器索引信號(hào)（Z相信號(hào)）完成精確的尋零操作。 ? 電機(jī)先高速運(yùn)行，碰到零位開(kāi)關(guān)后減速，然后等待索引信號(hào)， 索引信號(hào)到達(dá)后，將位置計(jì)數(shù)器清零。 ? 由于A,B,Z三個(gè)信號(hào)同步性，這種尋零方式能使系統(tǒng)零位精 確到編碼器一個(gè)分辨率。 ? 這需要運(yùn)動(dòng)控制器有高速位置捕捉寄存器，記住Z相信號(hào)到 達(dá)時(shí)電機(jī)的位置。
? 各軸獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，不能保證合成軌跡，不能保證同時(shí)到達(dá)。 ? 這實(shí)際上是兩軸各自做點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)。
? 每個(gè)采樣周期通過(guò)軌跡規(guī)劃和插補(bǔ)算法計(jì)算出軌跡上 的一個(gè)點(diǎn)。 ? 各軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，保證合成軌跡，保證同時(shí)到達(dá)。
? 電子齒輪是使幾個(gè)從軸跟隨某一主軸同步 運(yùn)動(dòng)的一種運(yùn)動(dòng)模式。 ? 從軸的運(yùn)動(dòng)軌跡由主軸運(yùn)動(dòng)軌跡及預(yù)先設(shè) 定的齒輪比決定，從軸不做軌跡計(jì)算。 ? 電子齒輪的兩種方式 ?主軸是有驅(qū)動(dòng)的軸 ?主軸是無(wú)驅(qū)動(dòng)的軸
主從軸之間的關(guān)系可以是某種函數(shù)關(guān)系， 如： Y = 0.5 * X 100 sin (0.18*X) 可離線編程計(jì)算出數(shù)字關(guān)系，并制成凸輪 表。
? PID控制策略作用于反饋回路產(chǎn)生的誤差信號(hào)， 它們的輸出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后作為速度回路或力矩回 路的指令信號(hào)。 ? 控制參數(shù)Kp,Ki,Kd由使用者根據(jù)性能指標(biāo)要求在 設(shè)計(jì)或調(diào)試過(guò)程中確定 。
? XOY平面內(nèi)一工件繞Z軸旋轉(zhuǎn)，膠體從注膠頭勻速擠出， 使膠體涂滿(mǎn)工件外廓。 ? 工件外廓為橢圓，因此需不斷調(diào)節(jié)注膠頭在X軸上的位置 ? 為了保證膠體在工件外廓上均勻分布，要求工件外廓上各 點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)點(diǎn)A時(shí)的線. 機(jī)械接口
機(jī)械接口是運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)限位開(kāi)關(guān)信號(hào)的接口。 當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)超出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)范圍時(shí)，限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作。 運(yùn)動(dòng)控制器在接收到這個(gè)信號(hào)后立即使電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。 電機(jī)可反向運(yùn)動(dòng)退出限位狀態(tài)
? 用于驅(qū)動(dòng)器與控制器之間的信號(hào)聯(lián)絡(luò)及時(shí)序控制，一般以 高低電平的信號(hào)形式出現(xiàn)。下面列出的僅是主要的幾個(gè)： ? 伺服準(zhǔn)備好信號(hào)：驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器上電后，首先 啟動(dòng)自檢程序，當(dāng)確認(rèn)內(nèi)部各部分電路及編碼器、伺服電 機(jī)的接線均處于正常狀態(tài)時(shí)，輸出此信號(hào)到運(yùn)動(dòng)控制器。 ? 使能信號(hào)：驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)控制器接收到驅(qū)動(dòng)器 發(fā)出的“伺服準(zhǔn)備好”信號(hào)后，即發(fā)使能信號(hào)到驅(qū)動(dòng)器， 使其投入工作。這時(shí)只要給驅(qū)動(dòng)器各回路輸入指令信號(hào)， 電機(jī)即可運(yùn)轉(zhuǎn)。 ? 報(bào)警信號(hào)：驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器檢測(cè)到其內(nèi)部或外 部的故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)到運(yùn)動(dòng)控制器，使其停止發(fā)出指 令信號(hào)。運(yùn)動(dòng)控制器應(yīng)有相應(yīng)的接口電路在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程 中實(shí)時(shí)檢測(cè)這個(gè)信號(hào)的變化。 ? 尤其是機(jī)器人一類(lèi)多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)某一軸發(fā)生報(bào)警時(shí)， 如不采取措施使整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行。則會(huì)使其偏離要求的 運(yùn)動(dòng)軸跡，導(dǎo)致碰撞的危險(xiǎn)。
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