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基于LabVIEW和PXI-7358多轴运动控制卡的 地震模拟振动台控制系统设计 Control System Design for Earthquake Simulator Based on LabVIEW Software and PXI-7358 Multi-axis Motion Controller 作者：宫金良 赵现朝 高峰 单位：上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室 应用领域： 控制设计 使用的产品： PXI-1042 机箱 PXI-8186 控制器 PXI-7358 运动控制卡 UMI-7774 通用运动控制接口 PXI-6511 工业数字I/0卡 LabVIEW 7.1 LabVIEW RT(实时模块) Control Design and Simulation Bundle 挑战： 短期内实现8台伺服电机的变参数同步控制，为并联机构的多电机控制应用提供解决方案，突破重载系统中的冗余输入技术难题，并实现快速响应。 应用方案： 方案全部采用NI产品，以PXI-1042内嵌PXI-8186控制器为核心，硬件设计采用PXI-7358多轴运动控制卡和UMI-7774接口板驱动8个电机，采用LabVIEW 7.1软件的电子齿轮功能轻松实现其中两个电机的完全同步，并利用PID软件包的强大功能实现快速开发。 介绍： 地震模拟振动台是集激振、分析、测试为一体的技术，我们将其与并联机器人技术、冗余驱动技术相结合，研究开发了具有独立知识产权的DZ10型地震模拟振动台。基于PXI-7358运动控制卡和LabVIEW软件中的电子齿轮功能，成功的解决了项目中的冗余驱动问题，极大的降低了控制系统设计的难度。功能强大的控制系统设计软件包提高了设计的灵活性，有效的缩短了程序开发周期。 序言： 地震模拟振动台是地震工程研究的重要手段，是集激振系统、测试系统和分析系统于一体的现代振动试验系统。由于地震模拟振动台不仅负载量大，而且能模拟天然地震波和人工地震波，因此在原子能反应堆、海洋结构工程、水工结构、岸结构和桥梁结构等方面发挥重要作用 控制系统设计： 控制系统设计要综合考虑机械本体、目标要求、开发周期等各种因素： 1）系统为八轴运动控制，首先确定运动控制卡为八轴控制卡，如PMAC、ADLINK、NI、固高等产品均可选。 2）系统中的双驱动模块要求两个输入电机同步控制，为了简化设计，采用LabVIEW软件中的电子齿轮功能是不错的选择。 3）与VC、VB相比，LabVIEW软件及控制软件包提供了强大的PID算法，数据分析，处理功能。 4）要能有效的缩短开发周期。显然，LabVIEW图形化的编程语言对编程者要求很低，能使开发者集中于专业知识的应用。 最终确定本系统总体结构是基于开放式实时测试平台PXI-1042，以嵌入 式PXI-8186作为主控制器，内插NI公司的PXI-7358运动控制卡实现8个伺服电机的运动控制，所有8个伺服轴为联动方式。NI的7358运动控制卡和PXI-8186的通讯由PXI插槽实现，因而具有很快的传输速度。 PXI-7358运动控制卡主要完成运动控制，而地震模拟振动台的输入输出信号等开关量，如操作按钮及状态指示等，则通过PXI-6511数字输入卡实现，最多具有64点的开关量I/O。同时，由于PXI-7358运动控制卡本身具有回零、正负限位控制等功能，因此各轴原点及 限位开关通过UMI-7774接口板卡直接连接到PXI-7358运动控制卡上。 PXI-7358运动控制卡对各伺服轴的控制是以速度指令输出的形式给出的，即伺服驱动器工作在速度随动状态，位置闭环则由PXI-7358运动控制卡完成，因此，位置检测码盘信号除接至伺服驱动器外，还需要接到PXI-7358运动控制卡上。系统硬件的结构如图3所示。 在实际施工时，由于交流伺服系统工作时（主要是逆变时）PWM脉宽调制载波的干扰作用非常强，因此除了在电气系统上采取了相应的抗干扰措施，如采用三相电源噪声滤波、三相电抗器外，还从控制柜整体结构上采取了相应的应对措施，把包括上位机PXI设备、PXI-7358运动控制卡、UMI-7774端子板、PXI-6511数字输入卡等在内的核心控制器布置在弱电数控柜中。同时，把伺服放大器、接触器、空气开关、滤波器、电抗器等集中在强电柜中，体积较大的变压器则单独封装。 软件设计： 软件设计中需要解决的首要问题就是地震波形的生成。采用LabVIEW的波形生成器，能够方便的生成各种频率成分、各种类型的波形。然后将这些波形文件作为地震模拟振动台的振动数据，利用并联机构的反解方程转换成八个电机的输入数据。 首先要确定丝杠安装的初始位置A（i）和第i支链与滑鞍相连的球铰中心点B（i），通过反解即可确定第i支