佛职院机电系教师试讲教案基于DMC运动控制卡的运动控制系统设计及实现试讲人:赵本利时间：2011-4-13地点：佛职院机电系授课方式：讲授/实操重点：运动控制卡编程（实现）、系统控制方案的全面性（设计）难点：编程语言学习（实现）导入：（任务布置）1、运动控制应用领域：包括医疗（CAT扫描仪）、半导体（电路板特型铣）、纺织（地毯编织机）、物料搬运（包装机械）、食品加工（精密切肉机）、机床（超声焊接机）、产业机械（座标检验）、航天（空间摄像控制）、测试测量等等十分广泛。2、系统控制方案要求：协调性、可靠性、稳定性、精密性。正文：1、系统组成：主计算器、运动控制器、功率放大器、电机、传感器，即众所周知的闭环伺服系统。一种典型的伺服系统如图1所示：主计算机运动控制器功率放大器电机位置传感图1、典型的伺服系统1.1、总体解说控制DC电机，用增量式编码器的数字位置系统伺服（亦适用于带有旋转变压器或绝对值编码器的AC或液压电机的系统）。系统中各个元件的工作类似于人体，电机和功率放大器的结合VS于使人的四肢活动的肌肉。功率放大器产生驱动电机所需要的电流，电机是产生运动的元件。控制器是命令运动的智能元件，亦即系统的大脑。它产生用于功率放大器的信号，称作运动命令。位置传感器的功能类似于人的眼睛，它检测电机的位置并将结果告知控制器，即形成闭环。1佛职院机电系教师试讲教案闭环系统接收来自外部的命令，通常是主计算机，继续与人类社会相比较，命令源可以视作老板，产生命令，经常要求状态报告。用其它方式如PLC，终端或开关组亦可产生命令。1.2、部分解说：电机：更确切地讲，就是将电流转换成旋转扭矩。DC电机的关键参数有扭矩常数Kt，电机电阻r，转动惯量Jm和最大扭矩。扭矩常数单位为Nm/A或oz-in/A，它表示每个电流单位电机产生的扭矩量大小。Eg:一台扭矩常数为0.1Nm/A的DC电机将2A电流转换成0.2Nm的扭矩。电机特性是它所产生扭矩的大小，扭矩大小用两个参数来表达：连续扭矩和峰值扭矩。功率放大器：一般是0～±10V输入端是模拟信号，利用线性放大器或脉宽调制（PWM）放大器方式来产生所需电压或电流，PWM放大器产生在高、低电平之间切换的电压，大多数功率在100W左右的放大器，均采用PWM方法以减少功率损耗。当需要小功率时，通常用线性放大器。增量式编码器：产生代表转轴位置的脉冲信号，编码器输出两路信号，通常称为A、B，每转N个脉冲，两路信号相位产生互差90°，如图2所示；控制器能够根据两路信号之间的相位A超前B或B超前A来判别旋转方向，通过对两路信号4倍频处理还可提高传感器检测分辨率。即每转N线编码器生成4N个cts。大多数编码器产生TTL示波信号，也有一些编码器输出正弦波或高压示波信号。工业系统往往采用差分信号输出的编码器，即A、B信号均有互补，这样可提高系统抗干扰性。增量式编码器也可产生第3路信号，称之为定标或标志脉冲，此信号每转出现一次，可用于回零。图2、增量式编码器输出信号2佛职院机电系教师试讲教案2、运动控制器2.1、概述运动控制器执行系统的智能任务，如图3所示，其基本任务有：对位置反馈译码，产生想要的位置（轮廓），使位置闭环，稳定性补偿。电机位置C由反馈信号（通常是增量式编码器）来决定，并和想要的参考位置R进行比较，C-R之差称作位置误差E。控制器的作用是保证系统无振荡并将位置误差E减到最小，为达到这一目的，控制器往往含有稳定化滤波器，其输出由数模转换器（DAC）送至放大器再到电机。最常用的稳定化滤波器是比例-积分-微分即PID，比例项用于速度响应，微分项提高稳定性和阻尼，积分项用于提高系统精度。为了优化性能，适当地调整伺服系统就涉及到调整比例、积分、微分系数即Kp、Ki和Kd（临界比例度法结合工程实际）。图3、运动控制器元件构成2.2、控制器编程语言特点为了进一步提高速度、精度和技术先进性的需要，新一代智能化运动控制器具有坐标联动、电子齿轮、板上程序存储器、符号化变量、与外部事件同步的可编程I/O等功能。DMC运动控制器提供了功能强大且使用方便的编程语言，使用户能快速编程来解决任何运动控制方面的难题。能够把程序下载到DMC存储器，无需主机干预，即可执行。多任务功能同时执行8个用户程序，允许各独立任务同时执行。用DMC来执行复杂程序，让主计算机执行其它任务；不过，即使在程序正在执行中，控制器仍能随时接收