05-开环控制的伺服系统设计.ppt

2.变增益位置控制的增益设定 现代数控系统均采用变增益的位置控制，其增益设置如图4-16所示。 图4-16 变增益位置控制增益设置 (1)K1即为进给切削运动时所使用的增益值，一般要尽可能的使其高一些，以减小跟随误差。 (2)K2为快速定位G00所使用的增益。由于快速定位时不进行切削加工，为减小起动、制动时的加速度，从而减小对机床进给机构的冲击，可将位置增益减小为K2。K2一般为K1的50％～80％。图4-16中Emax即为G00定位时所对应的跟随误差。 (3)Eb为变增益转折点。一般应设定比机床最高切削速度所对应的跟随误差略大一些。 (4)Vm为最小模拟电压输出值。由于伺服单元存在一定的死区，即当模拟控制电压小于一定值后，伺服单元已无法感测到其值，电动机停止运动，这样就无法修正剩余的跟随误差。选择一定的最小输出电压则可克服这一现象。但应注意，如果Vm选择的过大，则可能在定位处出现严重的震荡现象。 3.升降速参数 进给轴运动的速度变化可分为无升降速、直线升降速与指数升降速三种。其速度与加速度变化曲线如图4-17所示。 图4-17 不同升降速处理对应的速度与加速度曲线 由于无升降速处理，在速度变化瞬间，加速度为无穷大，这时会产生很大的机械冲击，因此通常不采用。而直线升降速处理的加速度限制在一定范围之内。指数升降速时，加速度的变化无突变，速度变化更加平滑，因此这两种方法被大量采用。 (五)步进电机运动控制的硬件接口与软件实现 步进电机的控制过去主要采用单片机系统，因为它的价格相对来说比较便宜，技术也比较成熟。但是单片机的硬件系统的专用性较强，灵活性较差，软件编制的难度也较大，不易编制复杂的控制系统；而且普通的单片机系统一般只能控制少量的几个步进电机，对于复杂系统的控制难以满足要求。随着个人计算机的不断普及，采用PC机直接控制步进电机的做法越来越受到欢迎，因而也产生出了许多专用于步进电机控制的PC插卡。不过，这些专用插卡的价位很高，而且控制的电机数量也很有限。 目前，市场上有很多的通用数字I/O卡，价位较合理，而且输出的通道数或位数很多。所以，如果采用“I/O卡+专用计算机软件”来实现步进电机的控制，则不仅经济实惠，而且具有非常好的灵活性和友好的软件用户界面，必要的时候，可以实现一台电脑同时对几十个步进电机的直接控制，或发挥它的网络功能应用于复杂的工程系统控制。所以说，“通用I/O卡+专用的计算机软件”是一种理想的步进电机控制系统，具有很好的推广价值。下面，以研华PCL-731数字I/O卡为例，说明系统的组成和特点。 1.系统组成 本系统以硬件为基础平台，配以适当的软件来实现控制功能，系统性能的好坏不仅在很 大程度上取决于组成系统各环节的硬件，而且与所编控制软件的好坏密切相关。 （1）硬件配置 用I/O卡实现对步进电机控制至少需要以下部件： (a)PC机：硬件配置486以上，内存4M以上的计算机，内存32M，操作系统为Window xx。 (b)数字I/O卡：通用输入输出卡。本文采用研华PCL-731数字I/O，它具有48位，分为6 个端口，可以选择地实现输入或（和）输出。 (c)驱动单元：普通步进电机驱动器。本文采用讯捷般牌的4HB02M，该产品的价格适中， 使用方便，最大驱动电流位2A，工作电压为12～36V。 (d)电源：可以采用蓄电池或稳压电源。 （2）系统结构 采用“通用I/O卡+专用计算机软件”控制的步进电机的数量可以很多，具体数量取决于I/O 卡的位数和驱动器所需的控制信号数。一般的驱动器，大约需要3个信号，即脉冲信号、 正反转信号和细分控制信号：所以，可控制电机数为I/O卡的输出位数除以3，以本文的 PCL-731卡为例，即48/3=16，也就是说，可以同时控制16台步进电机。由于现在PC机的 速度很快，所以只要合理编制软件，同时控制的同步误差将小于1?s，完全能够满足普通 工程的需要。 图4-18给出了系统的原理结构，其中，PC机上的程序通过数字I/O卡某位输出电平的高低变化，来达到产生脉冲信号的目的。另一方面，可以通过I/O卡的某位输出点平的高低控制步机驱动器中环形分配的方向，从而实现电机转动的方向控制。脉冲信号进入步进电机驱动器之后，驱动器将参照正反转信号，并根据环形分配原则，控制驱动器输出端的通电方式和顺序。这些输出端直接与步进电机的绕组线圈相连，因而也就达到了控制步进电机转动的目的。 当驱动器具有细分的功能时，输出电平的高低可以告知驱动器是否进行细分。关于细分的控制问题，要视驱动器的设计而论。 PC 机 数据总线 步进电机 驱动器 数字 I/O 卡 脉冲信号 正反转信号 细分控制信号 至步进电机 图4-18 系统结构图 2.系