伺服电机网络化控制系统设计与实现.pdfVIP

l 匐 化 伺服电机网络化控制系统设计与实现 Design and im plem ent on servo m otor network control system 王 渝，王书青，王玉彩，霍俊仪 W ANG Yu，VVANG Shu．qing，、／＼／ANG Yu．cai，HUO Jun．Yl (石家庄铁路职业技术学院，石家庄 050041) 摘 要：为了实现对伺服电机的网络化控制，设计了基于滑模变结构控制的伺服电机网络化控制系统， 完成了实际系统硬件设计，采用Visual Basic 6．0开发了具有服务器端和客户端的人机控制界 面，对伺服系统进行了本地控制和网络化控制的调试。测试结果表明，滑模变结构控制的网 络化伺服系统受网络延时影响小，具有良好的控制性能。系统实现了远程控制伺服电机的可 视化，可实时进行数据查询和运行监控。 关键词：伺服电机；网络控制系统；滑模变结构控制；网络延时 中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1 009-01 34(201 3)o8(下)-0081-03 Doi：1 0．3969／J．issn．1009-01 34．201 3．08(下)．24 0 引言 通过网络形成闭环的反馈控制系统称为网络 控制系统 (Networked Control System，NCS)， NCS与传统的点对点结构的系统相比，具有可以 实现资源共享、远程操作与控制等优点。将交流 伺服系统通过网络进行控制，有助于系统控制与 维护的分布化和智能化 ，更便于系统安装、维 护、扩展和故障诊断 。伺服电机网络化控制 是通过网络实现对电机位置和速度的精确闭环控 制。但网络通信延时问题会降低系统性能，甚至 引起伺服系统不稳定口 J。要想使网络化伺服系统 取得好的控制效果，必须采用先进、可靠的控制 策略。本文在分析伺服系统本地控制和网络化控 制的基础上，设计了伺服电机网络化控制系统的 硬件电路和软件系统，提出了可以解决网络延时 问题的滑模变结构控制算法，并进行了系统的调 试与分析。下面将针对系统设计和实现过程中的 关键技术问题进行探讨。 1 伺服电机网络化控制系统工作原理 本文所设计的伺服系统主要实现位置和速度 的精确闭环控制。在进行伺服电机的网络化控制 调试时，将分别进行本地控制和网络化控制两种 控制模式。伺服电机网络化控制系统如图1所示。 本地控制中，上位机给定速度和位置信号， 经数据采集卡D／A转换后，将此电压信号输出到 信号处理电路，经过信号处理和电平转换，再输 计算机+控制器 惯性轮 绝对式光 电编码器 谐波齿轮 减速器 图1 伺服系统网络化控制结构图 出电压给伺服电机驱动器以控制电机运转 。增量 式光电编码器属于电机自带，和电机紧密连接，可 采集到转速对应的频率脉冲信号，在反馈脉冲信 号时，也将此脉冲信号输出到信号处理电路中，经 过光电隔离、波形整形和软件滤波等处理，可使频 率脉冲信号稳定平滑。由单片机系统对脉冲进行计 数，因此上位机可采集到系统实时转速。谐波齿轮 是速比为200：l的减速器，谐波齿轮后面装有绝对 式光电编码器，用来测量电机转过的角度，因此上 位机可通过此编码器采集到系统的实时位置。 网络化控制中，计算机和控制器在远端，本地 用一台装有PCI数据采集卡的PC机作为执行器，控 制器发出信号，通过网络发送给执行器，对伺服电 机进行控制 】。本地PC机装有数据库系统和WEB发 布页面，可以用来进行数据存储和网页发布。 2 伺服电机网络化控制系统硬件组成 2．1伺服电机及驱动器 收稿日期：2013-06-18 基金项目：河北省教育厅自然科学资助项目 (Z2011262) 作者简介：王渝 (1978一)，女，河南镇平人，讲师，硕士，主要从事机电一体化系统及自动化方向的研究。 第35卷 第8期 2013-08(下) [811 学兔兔 l 訇 似 伺服电机选用1 10MB075D型号交流电机，其 额定输出功率750W，额定转速1500r／min，额定转 矩5N‘m，属于单相220V电机。 驱动器选用与电机配套的交流电机伺服驱动 器GS0075A。控制方式采用外部输入模拟量速度 控制，模拟量输入量程一10V～10V，设置电机转速 量程和零点漂移补偿大小，根据所输入模拟电压 的幅值和极性控制电机的转速和方向。 2．2光电编码器 本 系统利用增量式光电编码器检测转速信 号，利用绝对式光电编码器检测位置信号。速度 测量选择电机 自带的增量式光电编码器，其精度 为2500线／转。 绝对式光电编码器选用Angiron—RE一38一RS232 型号产品，用于测量转角，测角范围为0。～360。， 它以串口形式输出12位二进制自然码，串口波特 率9．6kb／s，信号输出速率为100点／秒。 2．3