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松下MINAS A系列交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器在位置控制中的應(yīng)用


在某些傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi),需要對被控對象實(shí)現(xiàn)高精度的位置控制,而實(shí)現(xiàn)精確位置控制的一個(gè)基本條件是需要有高精度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)脈沖當(dāng)量和進(jìn)給速度都要求太高時(shí),傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)將面臨一系列問題,且實(shí)現(xiàn)起來難度大,成本較高。而近些年興起的交流伺服電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)卻能以較低的成本獲取極高的位置控制精度,世界上許多知名電機(jī)制造商如松下,三洋,西門子等公司紛紛推出自己的交流伺服電機(jī)和伺服驅(qū)ZSK型直線雙層振動(dòng)篩動(dòng)器。日本松下公司的MINAS A系列為比較典型的一種。結(jié)合筆者使用該伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的體會(huì),將對該雙螺旋給料機(jī)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器作簡要介紹。
運(yùn)輸機(jī)1 位置控制及伺服驅(qū)動(dòng)方框圖
在位置控制方式下,伺服驅(qū)動(dòng)圓振動(dòng)篩器接收數(shù)控主機(jī)發(fā)出的位置指令信號脈沖/方向,送入脈沖列形態(tài),經(jīng)電子齒輪分倍頻后,在偏差可逆計(jì)數(shù)器中與反饋脈沖信號比較后形成偏差信號。反饋脈沖是由光電編碼器檢測到電機(jī)實(shí)際所產(chǎn)生的脈沖數(shù),經(jīng)四倍頻后產(chǎn)生的。位置偏差信號經(jīng)位置環(huán)的復(fù)合前饋控制器調(diào)節(jié)后,形成速度指令信號。速度指令信號與速度反饋信號與位置檢測裝置相同比較后的偏差信號經(jīng)速度環(huán)比例積分控制器調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流指令信號,在電流環(huán)中經(jīng)矢量變換后,由SPWM輸出轉(zhuǎn)矩電流,控制交流伺服電機(jī)的運(yùn)行。位置控制精度由光電編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖數(shù)控制。它分增量式光電編碼器和絕對式光電編碼器。增量式編碼器構(gòu)造簡單,易于掌握,平均壽命長,分辨率高,實(shí)際應(yīng)用較多。本系統(tǒng)采用的是增量式光電編碼器。絕對式光電編碼器按二進(jìn)制編碼輸出,信號線多,由于精度取決于位數(shù),所以高分辨率不易得到。但是這種編碼器即使不動(dòng)時(shí)也能輸出絕對角度信息,主要用于全閉環(huán)高級數(shù)控機(jī)床中。增量式光電編碼器伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方框圖如圖1所示:
2 基于MINA座式圓盤給料機(jī)S A的位置控制傳動(dòng)系統(tǒng)
激光內(nèi)雕機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的位置控制系統(tǒng)。它的工作原理為:伺服電機(jī)在數(shù)控主機(jī)控制下,帶動(dòng)三維工作臺在空間內(nèi)作軌跡運(yùn)動(dòng),將出頭光固定在三維工作臺上,通過數(shù)控主機(jī)控制激光設(shè)備出光。將工件固定在工作臺打標(biāo)范圍內(nèi)。這樣,在數(shù)控主機(jī)控制下,可在水晶等玻璃制品工件內(nèi)打印出各種立體文字、ZS直線振動(dòng)篩圖形、圖像等標(biāo)記。系統(tǒng)原理框圖如圖2所示:
采用移動(dòng)糧食輸送機(jī)PC機(jī)作為數(shù)控主機(jī),通過研華公司PCL-720多功能卡構(gòu)成計(jì)算機(jī)并行數(shù)據(jù)輸出方式,它的內(nèi)部具有三個(gè)設(shè)備端口:數(shù)據(jù)寄存器,控制寄存器和狀態(tài)寄存器。CPU通過對它們的訪問,可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的各種操作。接口模板將計(jì)算機(jī)與系統(tǒng)相連,其結(jié)構(gòu)如圖3所示:
由計(jì)算機(jī)輸出的六位數(shù)據(jù)信號經(jīng)緩沖器,光電隔離后送入伺服驅(qū)動(dòng)器中。它們分別是X軸脈沖信號,X軸方向信號。Y軸脈沖信號,Y軸方向信號。Z軸脈沖信號,Z軸方向信號。其中,脈沖信號控制電機(jī)所走的步數(shù),方向信號控制電振動(dòng)電機(jī)機(jī)正反轉(zhuǎn),以完成各軸的位置控制。X軸到位信號檢測,Y軸到位信號檢測,Z軸到位信號檢測是三組機(jī)械開關(guān),通過開關(guān)的閉合,可使系統(tǒng)每次復(fù)位時(shí)進(jìn)入?yún)⒖甲鴺?biāo)原點(diǎn)。三位狀態(tài)信號經(jīng)邏輯電平整形電路,光電信號隔離電路后送入計(jì)算機(jī)狀態(tài)寄存器中,由CPU隨時(shí)讀出。GAL邏輯電路由可編程邏輯器件構(gòu)成,該邏輯電路生成RS鎖存器,計(jì)算機(jī)通過RS鎖存器,光電隔離電路控制激光電源產(chǎn)生高壓脈沖串,由高壓脈沖串控制光路形成激光束,從而使打標(biāo)頭出光。三組線性電源中,二組用來對光電隔離前、后芯片供電,另一組線性電源供伺服電機(jī)處于激磁狀態(tài),以便伺服電機(jī)接收到指令脈沖就能運(yùn)行。由于模板采用了隔離措施,這樣,既隔離了外界對數(shù)字信號的干擾,又能有效地防止過電壓、過電流等外界突發(fā)事件對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的損壞,大大提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠性。
在伺服驅(qū)動(dòng)器中,PULS1與接口板脈沖信號相連,PULS2接+5V信號,SIGN1接方向信號,SIGN2接+5V信號,COM+,COM-分別接+15V電源正負(fù)端。SRV-ON與COM-相連。這樣,葉輪給煤機(jī)就完成了位置控制模式下的基本連線。其它連線可根據(jù)系統(tǒng)的需要進(jìn)行適當(dāng)連接。參數(shù)設(shè)置通過觸摸面板進(jìn)行,控制方式選擇置為位置控制,轉(zhuǎn)矩限制置為輸入無效,驅(qū)動(dòng)禁止置為輸入無效,指令脈沖輸入方式選擇置為脈沖/符號方式,指令脈沖禁止置為輸入無效。每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)置為2500。電子齒輪比可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置。由于伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器與工作臺的滾株絲杠相連,機(jī)械剛性高,將自動(dòng)增益調(diào)整時(shí),機(jī)械剛性置為9。增益參數(shù)采用自動(dòng)調(diào)整方式:按照預(yù)定內(nèi)部設(shè)定的模式使電機(jī)加速和減速,從所需轉(zhuǎn)矩計(jì)算負(fù)荷的慣量,然后根據(jù)慣量,自動(dòng)地決定適當(dāng)?shù)脑鲆?。其它參?shù)按出廠時(shí)的缺省設(shè)置。由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了半閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng),控制精度和運(yùn)行速度得到極大的提高,大大提高了產(chǎn)品的性價(jià)比。
3 系螺旋式洗砂機(jī)統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
軟件是控制系統(tǒng)的核心,在計(jì)算機(jī)中用軟給煤機(jī)件實(shí)現(xiàn)各種插補(bǔ)運(yùn)算是很方便的。軟件采用面向?qū)ο缶幊谭绞剑唧w編程環(huán)境為VC++6.0。
計(jì)算機(jī)通過插補(bǔ)計(jì)算,不斷地向伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供位置指令。數(shù)控系統(tǒng)采用2.5軸聯(lián)動(dòng)方式。其中X,Y軸采用數(shù)字積分法DDA實(shí)現(xiàn)二軸聯(lián)動(dòng)。Z軸采用點(diǎn)位控制,以形成空間曲線運(yùn)動(dòng)軌跡。數(shù)字積分法具有運(yùn)算速度快、脈沖分配均勻,易于實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)及描繪平面各種函數(shù)曲線的特點(diǎn),應(yīng)用比較廣泛。本系統(tǒng)采用DDA圓弧插補(bǔ)器:平面圓弧插補(bǔ)器由兩個(gè)數(shù)字積分器組成,每個(gè)坐標(biāo)的積分器由累加器和被積函數(shù)寄存器所組成。JRX,JRY為累加寄存器寄存余數(shù)。動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)值X存入被積函數(shù)寄存器JVY中,而動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)值Y存入被積函數(shù)寄存器JVX中。在插補(bǔ)過程中,根據(jù)動(dòng)點(diǎn)位置的變化來改變JVX和JVY中的內(nèi)容。在起點(diǎn)時(shí),JVX,JVY分別寄存起點(diǎn)坐標(biāo)值y0x0;在插補(bǔ)過程中,如果是進(jìn)行逆時(shí)針圓弧插補(bǔ),則JRY每溢出一個(gè)Δy脈沖,JVX加1,JRX每溢出一個(gè)Δx脈沖,JVY減1。如果是進(jìn)行順時(shí)針圓弧插補(bǔ),則JRY每溢出一個(gè)Δy脈沖,JVX減1,JRX每溢出一個(gè)Δx脈沖,JVY加1。DDA圓弧插補(bǔ)方框圖如移動(dòng)帶式輸送機(jī)下圖4所示。
Δt為一個(gè)插補(bǔ)迭代脈沖。DDA圓弧插補(bǔ)的終點(diǎn)判別采用兩個(gè)終點(diǎn)減法計(jì)數(shù)器,把X,Y坐標(biāo)所需輸出的脈沖數(shù)|xe-xo|和|ye-y0|分別存入這兩個(gè)計(jì)數(shù)器中,X或Y積分器每輸出一個(gè)脈沖,相應(yīng)的減少法數(shù)器減1,當(dāng)某一坐標(biāo)計(jì)數(shù)器為零時(shí),該坐標(biāo)達(dá)到終點(diǎn),這時(shí),該坐標(biāo)顎式碎石機(jī)停止迭代。當(dāng)兩個(gè)計(jì)數(shù)器均為零時(shí),圓弧插補(bǔ)結(jié)束。

&nbs破碎設(shè)備p;

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