EAST链式维护机械臂伺服控制系统设计.pdfVIP

第 37 卷 第 1 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.37, No.1 2 0 1 7 年 3 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics March 2017 文章编号：0254−6086(2017)01−0075−06 DOI: 10.16568/j.0254-6086.201701014 EAST 链式维护机械臂伺服控制系统设计 张 俊1 1* 1 1 ，程 勇 ，奚维斌 ，冯汉升 ， 潘洪涛1 1 2 ，徐 杰 ，陶子航 (1. 中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031 ；2. 中国科学技术大学，合肥 230022) 摘 要：针对链式维护机械臂(EAMA)运行环境的特殊性，对其伺服控制系统进行设计和实现。在控制结构 上，系统在基于分布式控制结构的基础上采用了一种新的伺服系统解决方案。在控制策略上选用了高性能 PIC 单 片机进行了硬件电路的设计，并采用了位置、速度双闭环控制算法以实现对机械臂的每个关节的高精度位置伺服 控制。通过实验验证了该系统能够满足机械臂的运行要求，且具有良好的动态性能和稳态性能。 关键词：EAMA ；伺服控制；电机；单片机；精确位置 中图分类号：TL362+ .1 文献标识：A −5Pa ，温度为 100℃) ，对其伺服系 1 引言 殊性(真空度为 10 EAST 是中国自行设计研制的国际首个全超导 统进行研制，以满足机械臂运行要求。 托卡马克装置，而内部部件作为托卡马克装置最为 核心的部件之一，直接面对着高温等离子体，在复 2 控制系统结构 目前，机器人控制系统按照系统结构可以分为 杂而强烈的载荷作用下，会出现不同程度的失效， 三类：集中控制系统、主从控制系统和分布式控制 影响着高品质等离子体的获得，严重时甚至会导致 等离子体放电无法运行[1, 2] 。因此，为了探索内部 系统[4] 。相对于前两种系统结构，分布式控制系统 因为实时性好、结构简单、易于扩展等优点而广泛 部件在高温真空环境下快速更换维护技术。中国科 应用于大多数机器人系统中。基于分布式控制系统 学院等离子体物理研究所(ASIPP)设计研制一套能 结构机器人通常将电机伺服控制器嵌入到各关节 在装置等离子体放电间隙对内部部件第一壁进行 中，然后通过串行总线进行耦合，很大程度上优化 近距离观测并可以实现维护的 EAST 链式维护机械 了机器人的系统结构，但是这种结构并不适合于 臂(EAMA)。伺服控制系统是 EAMA 的核心部件， EAMA 伺服系统，这是因为 EAMA 运行于高温高 目的是使机械臂关节的位置、速度等状态的输出值 能够精确地跟随输入目标(给定值)的变化[3] ，因此 真空环境中，如果某个关节的伺服控制器发生故