1.课程设计内容和任务要求
1.1设计内容
（1）正确编写PLC程序，能够实现伺服电机的跟随控制
（2）用人界面监控实现伺服电机正反转的控制
1.2 任务要求
（1）熟悉课程设计内容，收集资料，详细阅读各设备说明书；
（2）总体设计，正确选定系统方案，认真画出系统总体结构框图；
（3）系统各部分的硬件设计；
（4）绘制系统硬件原理图（接线图）；
（5）编写系统控制程序；
（6）设计系统监控界面；
（7）完成系统测试，并整理编写课程设计说明书
2.课程设计涉及到的硬件设备
2.1 台达伺服驱动器（ASD-A0421-AB）的功能介绍
本次课程设计选用型号为ASD-A0421-AB的伺服驱动器（额定输出功率为：400W；输入电压及相数：220V单相；编码器分辨率：1000ppr；支持ECMA电机机种）。与驱动器配套的电机型号为ECMA-C30604ES,其额定电压及转速：220V/3000rpm；感应形式：2500ppr；额定输出功率：200W。
2.1.1伺服驱动器的三种控制方式
一般伺服有三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。在控制方式上用脉冲串和方向信号实现。速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。具体采用什么样的控制方式要根据控制的需求，满足何种运动功能来选择。就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。
（1）转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为，例如10V对应5NM的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5NM，如果电机轴负载低于2.5NM时电机正转，外部负载等于2.5NM时电机不转，大于2.5NM时电机反转（通常在有重力负载的情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。
（2）速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直
接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。
（3）位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。应用领域如数控机床、印刷机械等等。本次课程设计就是通过设置P1-00为02，采用（3）位置控制模式。
2.1.2伺服驱动器的周边装置接线图
对于图3电源口L1、L2为控制回路电源输入端，R、S、T为主回路电源输入端，电源接线法分为单相220V、单相110V、三相220V三种接法，设计中采用的是单相220V,安装时应该特别注意R、S、T与L1、L2电源口的接法是否正确，如果选择的接法错误，驱动器将会被烧坏。确认伺服电机的U、V、W是否会接错，接错的话会出现不转或者乱转的情况。
伺服驱动器的CN2口为伺服电机的编码器输出口，编号U、V、W口为伺服电机动力线接口。CN1口为伺服驱动器的控制端口，它总共50针，包括输入和输出端口还有其它的功能口，端口功能划分如图4所示。伺服驱动器的通讯端口为CN3口，CN3口采用的是1394接头，通过不同的连接方法实现伺服器的RS232/422/485通讯，可以方便与PLC、电脑连接实现通讯监控功能。
交流220V
带漏电保护断路器
电源接口
伺服电机
RS485Modus
通讯
信号接口
电机编码器接口
RS232通讯
PLC
伺服驱动器
图3 伺服驱动器的周边接线图
2.1.3 伺服驱动器输入口功能接线图
为了更有弹性与上位控制器互相沟通，台达伺服驱动器提供可任意规划的8组输入及5组输出。控制器的输入与输出口功能可以分别由参数 P2-10—P2-17与参数P2-18—P2-22进行设置。由于CN1口为50引脚，引脚数比较多如图4所示，对于引脚的记忆应该功能块记忆，分功能记忆。脉冲输入引脚PULSE 、/PULSE 、SIGN 、/SIGN 、PULL HI ，电源引脚VDD 、COM+
、COM-、VCC 、GND 。注意NC 为空引脚，为内部电路使用，勿连接。
图4 CN1接线器（公）背面接线端
2.1.4 伺服驱动器参数设定流程
2.1.5 本次课程设计用到的伺服驱动器内部参数设定
驱动器内部参数设定如下表
P0-02 6 P2-12 114 P2-16 0 P1-00 2 P2-13 115 P2-17 0 P2-10 101 P2-14 102 P2-18 101 P2-11 104 P2-15 102 P2-19 103
2.2台达变频器（VFD015M21A-Z）的功能介绍
台达VFD系列的变频器种类很多，设计中选用的是M系列的变频器，其具有
体积小，噪音低，具有第一、第二频率切换、睡眠和苏醒功能，支持MODBUS通讯、8段速和七段可程式运转，内置PID功能。型号为VFD015M21A-Z,输入电压
为220V 。
本次课程设计采用的是变频调速，通过调节供电频率来改变同步转速来实现
对异步电机的调速，在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而
具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。变频调速是异步电机的一种非常合理
和理想的调速方式。
2.2.1 变频器数字操作器（LC-2ME）操作说明
信息显示操作
註：若要以數字操作器設定頻率則參數P00需設為00
2.2.1 变频器参数设定
变频器参数的设定
参数设定值功能
P 00 00 主频率输入由数字操作器控制
P 00 04 主频率由数字操作器上的V.R.控制
P 01 00 运转指令由数字操作器控制
P 01 01 运转指令由外部端子控制，键盘STOP有效
P 01 02 运转指令由外部端子控制，键盘STOP无效 P 38 00 M0：正转/停止，M1：反转/停止
P 38 01 M0：运转/停止，M1：反转/正转
2.3 台达PLC功能介绍
DVP-40EHOOT2系列为高速精密定位主机；主机点数：40,输入24点输出16
点；通讯端口：内置RS－232与RS－485，兼容MODBUSASCII/RTU通讯协议；高速脉冲输出：CH0(Y0、Y1)、CH1(Y2、Y3)、CH2(Y4)、CH3(Y6)；本次设计用到输入x0、x1端子和输出y0、y1端子来完成本次课设要求
2.3.1 台达DVP-40EH PLC的配线
DVP-EH系列的PLC采用的交流220V供电，接于PLC的L、N端，但注意勿将供电电源接于PLC的24V电源口和输入口，否则会造成PLC的严重损坏。供电电源电路原理图如图2.3.1。
图2. 3.1供电电源电路原理图
PLC的S/S端非常重要，其为共享电源端，可以作为共享输入或共享输出口（与输入口是一个双向的发光二极管），设计中采用的是共享输入口，将24V接于S/S端，如图所示。
DVP系列的PLC输出模式共有两种，继电器（R）和晶体管（T),设计中要求输出频率很高，选用的晶体管输出，晶体管输出原理图如图2.3.2。EH2系列的PLC的晶体管输出有普通的晶体管输出还有高速晶体管输出，其中CH0(Y0、Y1)、CH1(Y2、Y3)、CH2(Y4)、CH3(Y6)为高速晶体管输出其输出频率可以达到200KHZ,其余的输出点都为一般晶体管输出口，其输出频率为10KHZ，晶体管输出的PLC 与继电器PLC的最大区别就是其输出频率不同，也就决定了其应用的不同。
图2.3.2 晶体管输出原理图
2.3.2 台达DVP-40EH PLC输入输出口功能分配
设计中用到的PLC的输入输出口并不是很多，PLC对编码器的采集,编码器
为增量型，其输出为A、B、Z三相，Z相为零脉冲检测线，主要用于电机转动圈数的计算，A相为脉冲检测的个数，B相和A相配合使用可检测出转动的方向，所以对于设计要求的异步电机的跟踪，只需用到A、B相将其接于PLC的XO、X1输入口。
伺服电机转速与方向控制，采用的是正逻辑的脉冲加方向控制，PLC输出口采用的是一组高速脉冲输出口CHO(X0、X1)，X0作为脉冲输入口，X1作为方向控制（低电平为正转，高电平为反转）。
2.3.3 PLC与编码器、伺服驱动器的连接
PLC相关硬件原理及设计要求的基本上了解之后，根据我们的控制要求，实现伺服电机对异步电机速度的跟踪，并对伺服电机进行正反转，调速控制等，结合伺服驱动器输入/输出和脉冲输入的电路接法最终确定PLC与编码器和伺服驱动器的接线图如图2.3.3所示。
图2.3.3 PLC与编码器、伺服驱动器的连接
2.4 旋转编码器
编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。根据其刻度方法及信号的输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。增量式编码器是直接利用光电转换的原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位相差90度，Z相为没转一个脉冲，用于基准点的定位。它的优点是原理结构简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力很强，可靠性很高，适于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对信息。而绝对式采用了二进制（格雷码）进行光电转换，其线数越多，精度就越高，能得出轴转动的绝对信息。
设计中试验台配的是AUTONICS的增量式编码器E40S6-100-3-2-24，E40系列分辨率为100ppr，供电电源12-24VDC,输出相数为A、B、Z三相，控制输出采用的是NPN极电极开路输出。
2.4.1 转速、方向的测量及计算方法
根据增量式编码器测速的原理，在单位时间内采集到A、B相脉冲的个数，通过上位机PLC的运算得出每分钟的脉冲个数，根据编码器的分辨率，就可以计算出异步电机的转速。例如设计中PLC在1s内采集到50000个脉冲，PLC通过指令计算出1分钟的脉冲个数为3000000个，编码器的分辨率为1000ppr，可以计算出异步电机的转速为3000r/min。
B相方法测速时电机的转向判断是非常方便的，根据A、B相的位置关系判断电机的转向。设计中编码器如果发出的脉冲A相在前，则电机正转，反之电机反转。
2.5 人机界面触摸屏
人机界面（Human–Machine Interaction，简称HMI），是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。其最简单的应用为输入/出、显示，输入指的是由人来进行机械或设备的操作，相当于开关等，而输出指的是由机械或设备发出来的通知，如故障、警告、操作说明提示等。设计中试验台使用一台型号为DOP-A57BSTD（机种：台达A系列；面板尺寸：5.7吋显示器；面板类型：8色灰度蓝白STN；控制界面：触控面板；电源：DC+24V）触摸屏。
触摸屏的使用主要涉及到两个方面，一是软件编程，二是硬件的连接，硬件的连接是调试使用的前提。设计中对于硬件主要解决的是触摸屏的程序下载接口问题和其与PLC连接通讯问题。
设计中台达PLC具有一个RS232通讯口，所以触摸屏与PLC的通讯采用普通的RS232通讯线就可以了，不需要在制作相应的通讯线，非常方便。本次课程设计人机界面监控组态画面见下图
主画面设定伺服正/反转速
设定伺服跟随倍速跟随比较
3. 控制任务的实现
设计主要主要完成的是伺服电机对异步电机的速度跟踪，实现伺服电机的正、反转控制，能通过触摸屏对伺服电机转速、正、反转进行控制，并对伺服电机的转速进行监控，用于和异步电机的转速进行比较，实现跟踪误差的比较。设计要求的控制原理框图如图3.1所示。
4. 实验结果及分析
本次课程设计是根据控制要求实现伺服电机对异步电机的速度跟随，并进行伺服电机的正反转控制。
试验台接线完毕后，编写程序进行调试，通过触摸屏控制实现了伺服电机对异步
电机的速度跟随和正反转功能，同时此次课程设计还留下了一点不足没能实现伺服电机正反转功能的当前速度显示。
结束语
本次设计为伺服电机控制实验装置的设计，主要完成在PLC控制下，伺服电机实现正、反转及跟踪控制。此次课程设计涉及到了很多的方面的知识：伺服控制、变频控制、PLC编程、编码器等，通过两周的学习掌握了其中的一些知识，完成了此次设计。通过设计使我明白了设计的关键在于调试，调试过程是非常重要的环节只有在调试过程中才能发现更多的问题，通过查阅资料最终解决了问题，实现了此次课程设计的要求与目的。
参考文献
[1] ASDA-AB伺服驱动器应用技术手册
[2] DVP PLC应用技术手册硬件篇
[3] DVP PLC编程技巧-WPLSoft软件篇
[4] DVP PLC应用技术手册程序篇
[5] DOP系列人机界面使用手册
[6]中达电通VFD-M系列变频器使用手册
附录一：硬件接线图附录二：程序流程图附录三：程序梯形图
交流伺服电机与运动控制卡的接口实验 一、实验目的 1.认知富士交流伺服电机及驱动器的硬件接口电路 2.认知MPC2810运动控制卡的硬件接口 3.掌握驱动器与MPC2810运动控制卡的硬件连接 二、实验器材 MPC2810运动控制卡、富士交流伺服电机及驱动器，数控实验台II,若干导线，万用表 三、实验内容及步骤 有关富士交流伺服电机及驱动器的详细信息参见《富士AC 伺服系统FALDIC-W 系列用户手册》，有关MPC2810运动控制卡的详细信息参见《MPC2810运动控制器用户手册》。 一）、MPC2810运动控制器相关简介 MPC2810运动控制器是乐创自动化技术有限公司自主研发生产的基于PC的运动控制器，单张卡可控制4轴的步进电机或数字式伺服电机。通过多卡共用可支持多于4轴的运动控制系统的开发。 MPC2810运动控制器以IBM-PC及其兼容机为主机，基于PCI总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元。它与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作（例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；运动控制器完成运动控制的所有细节（包括直线和圆弧插补、脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等）。 MPC2810运动控制器配备了功能强大、内容丰富的Windows动态链接库，可方便地开发出各种运动控制系统。对当前流行的编程开发工具，如Visual Basic6.0，Visual C++6.0提供了开发用Lib库及头文件和模块声名文件，可方便地链接动态链接库，其他32位Windows开发工具如Delphi、C++Builder等也很容易使用MPC2810函数库。另外，支持标准Windows动态链接库调用的组态软件也可以使用MPC2810运动控制器。 MPC2810运动控制器广泛适用于：激光加工设备；数控机床、加工中心、机器人等；X-Y-Z控制台；绘图仪、雕刻机、印刷机械；送料装置、云台；打标机、绕线机；医疗设备；包装机械、纺织机
《伺服与运动控制》技术答疑 2013年4月 李方园 【问题1】什么是编码器的长线驱动？普通型编码器能否远距离传送？请举例说明。 【解答】 长线驱动也称差分长线驱动，5V或TTL的正负波形对称形式，由于其正负电流方向相反，对外电磁场抵消，故抗干扰能力较强。 普通型编码器一般传输距离是100米，如果是24V HTL型且有对称负信号的，传输距离300-400米。 图1所示为Hlperface编码器的长线驱动接线示意，表1为其端子定义。 图1 编码器的长线驱动接线示意 表1 编码器端子定义
【问题2】增量型编码器和绝对型编码器有何区别？做一个伺服系统时怎么选择呢？ 【解答】 常用的为增量型编码器，如果对位置、零位有严格要求用绝对型编码器。 伺服系统要具体分析，看应用场合。测速度用常用增量型编码器，可无限累加测量；测位置用绝对型编码器，位置唯一性（单圈或多圈），最终看应用场合，看要实现的目的和要求。 【问题3】选用绝对型编码器应注意哪些事项？ 【解答】 A．机械部分: 1.测长度还是测角度，测长度如何通过机械方式转换(在上面有一些介绍，如不清楚可来电讨论)。测角度是360度内(单圈)，还是可能过360度(多圈)。生产过程是一个方向旋转循环工作，还是来回方向循环工作。 2.轴连接安装形式，有轴型通过软性联轴器连接，还是轴套型连接。 3.使用环境：要注意粉尘、水气、震动、撞击。 B．电气部分 1.需要确定连接的输出接收部分是什么。 2. 需要确定信号形式。 3. 需要确定分辨率要求。 4. 需要确定控制要求。 【问题4】一个圆盘，分50个点，要实现定位控制，转速很慢，是要用到绝对型编码器吗？怎么找原点呢？50个位置定位是360度均匀等分吗？ 【解答】 绝对编码器的编码都是2的幂次方，没有360度均匀50等分的，要近似，看精度要求有多高，选多高线数的编码器，如果精度要求不是太高的话，用8位256线的就可以了。编码器的每个位置都有唯一编码，编码为零的就可以作为零点，也可以任意位置定义为零，其他位置与其比较计算。 如果可以用参考点的话，也可以用增量式的，因速度慢，应该选3000线或以上的，每圈一个零位。 【问题5】光电编码器、光学电子尺和静磁栅绝对编码器的优缺点是什么？ 【解答】 光电编码器： 1、优点：体积小，精密，本身分辨度可以很高(目前我公司通过细分技术在直径φ66的编码器上可达到54000cpr) ，无接触无磨损；同一品种既可检测角度位移，又可在机械转换装置帮助下检测直线位移；多圈光电绝对编码器可以检测相当长量程的直线位移(如25位多圈)。寿命长，安装随意，接口形式丰富，价格合理。成熟技术，多年前已在国内外得到广泛应用。 2、缺点：精密但对户外及恶劣环境下使用提出较高的保护要求；量测直线位移需依赖机械装置转换，需消除机械间隙带来的误差；检测轨道运行物体难以克服滑差。 光学电子尺： 1、优点：精密，本身分辨度较高（可达到0.005mm）；体积适中，直接测量直线位移；
第一章伺服系统概述 伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确地跟随输入量的变化，因此又称之为随动系统或自动跟踪系统。机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。 近年来，随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高，伺服技术已迎来了新的发展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步电机、感应电机为伺服电机的新一代交流伺服系统。 目前，伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用，而且在许多高科技领域，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性制造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。 1.1伺服系统的基本概念 1.1.1伺服系统的定义 “伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行停止。 伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。
1.1.2伺服系统的组成 伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它由检测部分、误差放大部分、部分及被控对象组成。 1.1.3伺服系统性能的基本要求 1）精度高。伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。 2）稳定性好。稳定是指系统在给定输入或外界干扰的作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。 3）快速响应。响应速度是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。 4）调速范围宽。调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。 5）低速大转矩。在伺服控制系统中，通常要求在低速时为恒转矩控制，电机能够提供较大的输出转矩；在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。 6）能够频繁的启动、制动以及正反转切换。 1.1.4 伺服系统的种类 伺服系统按照伺服驱动机的不同可分为电气式、液压式和气动式三种；按照功能的不同可分为计量伺服和功率伺服系统，模拟伺服和功率伺服系统，位置
1.课程设计内容和任务要求 1.1设计内容 （1）正确编写PLC程序，能够实现伺服电机的跟随控制 （2）用人界面监控实现伺服电机正反转的控制 1.2 任务要求 （1）熟悉课程设计内容，收集资料，详细阅读各设备说明书； （2）总体设计，正确选定系统方案，认真画出系统总体结构框图； （3）系统各部分的硬件设计； （4）绘制系统硬件原理图（接线图）； （5）编写系统控制程序； （6）设计系统监控界面； （7）完成系统测试，并整理编写课程设计说明书 2.课程设计涉及到的硬件设备 2.1 台达伺服驱动器（ASD-A0421-AB）的功能介绍 本次课程设计选用型号为ASD-A0421-AB的伺服驱动器（额定输出功率为：400W；输入电压及相数：220V单相；编码器分辨率：1000ppr；支持ECMA电机机种）。与驱动器配套的电机型号为ECMA-C30604ES,其额定电压及转速：220V/3000rpm；感应形式：2500ppr；额定输出功率：200W。 2.1.1伺服驱动器的三种控制方式 一般伺服有三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。在控制方式上用脉冲串和方向信号实现。速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。具体采用什么样的控制方式要根据控制的需求，满足何种运动功能来选择。就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。 （1）转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为，例如10V对应5NM的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5NM，如果电机轴负载低于2.5NM时电机正转，外部负载等于2.5NM时电机不转，大于2.5NM时电机反转（通常在有重力负载的情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。 （2）速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直
选购要点：伺服电机的三种控制方式 伺服电机速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。具体采用什么控制方式要根据客户的要求以及满足何种运动功能来选择。接下来，松文机电为大家带来伺服电机的三种控制方式。 如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。 如果对位置和速度有一定的精度要 求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。 如果上位控制器(在一个运动控制系统中“上位控制”和“执行机构”是系统中举足轻重的两个组成部分。“执行机构”部分一般不外乎：步进电机，伺服电机，以及直流电机等。它们作为执行机构，带动刀具或工件动作，我们称之为“四肢”；“上位控制”单元的四种方案：单片机系统，专业运动控制PLC，PC+运动控制卡，专用控制系统。“上位控制”是“指挥”执行机构动作的，我们也称之为“大脑”。 随着PC（Personal Computer）的发展和普及，采用PC+运动控制卡作为上位控制将是运动控制系统的一个主要发展趋势。这种方案可充分利用计算机资源，用于运动过程、运动轨迹都比较复杂，且柔性比较强的机器和设备。从用户使用的角度来看，基于PC机的运动控制卡主要是功能上的差别：硬件接口（输入/输出信号的种类、性能）和软件接口（运动控制函数库的功能函数）。按信号类型一般分为：数字卡和模拟卡。数字卡一般用于控制步进电机和伺服电机，模拟卡用于控制模拟式的伺服电机；数字卡可分为步进卡和伺服卡，步进卡的脉冲输出频率一般较低（几百K左右的频率），适用于控制步进电机；伺服卡的脉冲输出频率较高（可达几兆的频率），能够满足对伺服电机的控制。目前随着数字式伺服电机的发展和普及，数字卡逐渐成为运动控制卡的主流。)有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。 就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的
雷赛控制产品与伺服驱动配套应用小技巧 作者：李军 对于一些初次使用雷赛运动控制卡的客户来说，常常会在控制伺服电机时出现一些小问题，以致拖迟客户的发开进度，下面简单介绍一下常出现的3个问题，结合DMC5480控制卡实测的曲线为例，给出解决办法： 1、脉冲模式匹配问题 伺服驱动器的脉冲模式要与控制卡的脉冲模式保持一致，否则可能导致 A.伺服电机只能朝一个方向运动； B.做往返运动时会出现一个方向有累计 误差。 DMC5480卡的脉冲模式有6种，其中单脉冲模式（即方向+脉冲模式）4种，如图1所示；双脉冲模式2种，如图2所示。 A.出现伺服电机只往一个方向运动时，排除接线错误后，就有可能是控 制卡设置单脉冲模式（双脉冲模式），而伺服驱动器设置成双脉冲模式 （单脉冲模式）了，把伺服驱动器和控制卡设置成对应的脉冲模式即 可解决该问题。 B.做往返运动时会出现一个方向有累计误差时，是脉冲信号的上升沿或 下降沿选择错误，从而导致电机在换向时丢一个脉冲，随着往返次数 增加，产生的累计偏差也会越来越大。比如脉冲模式0是上升沿有效， 脉冲模式1是下降沿有效，控制卡设置脉冲模式0，而伺服电机的脉冲 信号实际上是下降沿有效，从图1可以看出来，换向后控制卡发出的 第一个脉冲信号将丢失，因为伺服驱动器接收的脉冲信号是下降沿有 效，所以脉冲换向都会丢失一个脉冲信号。双脉冲模式与单脉冲模式 的类似，在这不在重复了。 图1 单脉冲模式
图2 双脉冲模式 2、正确使用伺服使能SEVON信号 伺服上电后如果SEVON信号无效，伺服电机不会锁死，控制卡发脉冲给伺服，伺服也不会运动，所以伺服电机运动前一定要使能。许多客户可能认为伺服使能信号不重要，因此在实际应用中对该信号不予处理，直接导致设备在开机和关机时的异常响应，从而认为整个控制系统出现问题，通过下面的分析可以帮助大家解惑，希望能让大家对SEVON信号有效的帮助到设备的控制有更好的认识。 由于控制卡是插在PC的PCI插槽上的，由PC供给控制卡一个5V的电源，所以PC在开机和关机时，会有一个0-5V的电压变化的，也就是PC在开机和关机时会有一个等同于脉冲信号的电压变化信号发出来，如下述：a, 脉冲输出模式1时，脉冲结束时脉冲口电平状态如下图3： 图3 脉冲输出波形图
伺服-运动控制卡的工作原理及其应用 作者：深圳众为兴数控 运动控制卡通常是采用专业的运动控制芯片或高速DSP 来满足一系列运动控制需求的控制单元，其可通过PCI 、PC104等总线接口安装到PC 和工业PC 上，可与步进和伺服驱动器连接，驱动步进和伺服电机完成各种运动(单轴运动、多轴联动、多轴插补等)，接收各种输入信号(限位原点信号，sensor)，可输出控制继电器、电磁阀、气缸等元件。用户可使用VC 、VB 等开发工具，调用运动控制卡函数库，快速开发出软件。 以一个通用的XYZ 三轴通用控制平台开发为例，此平台加上胶枪、刀具等模块后可用于点胶、切割等用途，运动控制卡采用深圳众为兴数控开发的ADT8940A1，ADT8940A1运动控制卡是一款经济实用型运动控制卡，4轴伺服/步进电机控制，最大脉冲输出频率为2MHz ，每轴均有位置反馈输入；可实现2-4轴直线插补，可实现XYZ 三轴插补，进行整体配合动作；带有40路隔离数字输入，16路隔离数字输出，可控制胶枪、刀具等模块；具有外部信号驱动、硬件缓存等功能，能满足绝大部分的4轴以下工作平台的运动控制需求。
ADT8940A1能驱动绝大多数的伺服驱动器。ADT8940A1运动控制卡采用脉冲的方式驱动伺服，脉冲数量决定伺服电机的转动圈数，脉冲频率决定伺服电机的转动速度，同时ADT8940A1卡能够将伺服电机的位置实时反馈给控制系统软件。可将伺服报警、伺服到位等信号接入ADT8940A1卡，实时反馈伺服状态。用输出可实现伺服的伺服使能和伺服报警清除等功能。我们XYZ轴采用丝杠传动方式的话，XY假如选用5mm间距的丝杠，将伺服的每转脉冲设置为10000,ADT8940A1控制卡控制精度为1个脉冲，机械的精度将可以达到 5mm/10000=0.0005mm；ADT8940A1控制卡的速度可达2000000脉冲/秒，伺服电机的转速可以高达12000转/分钟，XY轴的速度可达1000mm/s。为了使机械运行更平稳，运用ADT8940A1的硬件加减速功能，能在很短时间内从低速加速到高速，同时也在运动中改变速度，实现速度灵活控制，设置也很简单，只需用运动控制函数库中的 set_startv设置低速，set_speed设置高速，set_acc设置加速度即可
一、相关概念 伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。 在机器人中，伺服驱动器控制电机的运转。驱动器采用速度环，位置环，电流环三环闭环电路，内部还设有错误检出和保护电路。驱动器通过通信连接器，控制连接器，编码连接器跟外部输入信号和输出信号相连。通信连接器主要用于跟电脑或控制器通信。控制连接器用于跟伺服控制器联接，驱动器所需的输入信号、输出信号、控制信号和一些方式选择信号都通过该控制连接器传输，它是驱动器最为关键的连接器。编码连接器跟电机编码器连接，用于接收编码器闭环反馈信号，即速度反馈和换向信号。 伺服电机主要用于驱动机器人的关节。关节越多，机器人的柔性和精准度越高，所需要使用的伺服电机的数量就越多。机器人对伺服电机的要求非常高，必须满足快速响应、高起动转矩、动转矩惯量比大、调速范围宽，要适应机器人的形体做到体积小、重量轻，还必须经受频繁的正反向和加减速运行等苛刻的条件，做到高可靠性和稳定性。伺服电机分为直流、交流和步进，工业机器人用的较多的是交流。 机器人用伺服电机
二、伺服系统的技术现状 2.1视觉伺服系统 随着机器人技术的迅猛发展,机器人承担的任务更加复杂多样,传统的检测手段往往面临着检测范围的局限性和检测手段的单一性.视觉伺服控制利用视觉信息作为反馈，对环境进行非接触式的测量,具有更大的信息量，提高了机器人系统的灵活性和精确性,在机器人控制中具有不可替代的作用。 视觉系统由图像获取和视觉处理两部分组成,图像的获取是利用相机模型将三维空间投影到二维图像空间的过程,而视觉处理则是利用获取的图像信息得到视觉反馈的过程。基本的相机模型主要包括针孔模型和球面投影模型,统一化模型是对球面模型的推广,将各种相机的图像映射到归一化的球面上。视觉伺服中的视觉反馈主要有基于位置、图像特征和多视图几何的方法。 其中,基于位置的方法将视觉系统动态隐含在了目标识别和定位中，从而简化了控制器的设计，但是一般需要已知目标物体的模型，且对图像噪声和相机标定误差较为敏感。基于图像特征的视觉反馈构造方法，其中基于特征点的方法在以往的视觉伺服中应用较为广泛，研究较为成熟，但是容易受到图像噪声和物体遮挡的影响，并且现有的特征提取方法在发生尺度和旋转变化时的重复性和精度都不是太好，在实际应用中存在较大的问题。因此，学者们提出了基于全局图像特征的视觉反馈方法，利用更多的图像信息对任务进行描述，从而增强视觉系统的鲁棒性，但是模型较为复杂，控制器的设计较为困难，且可能陷入局部极小点。目前针对这一类系统的控制器设计的研究还比较少,一般利用局部线性化模型进行控制,只能保证局部的稳定性。多视图几何描述了物体多幅图像之间的关系，间接反映了相机之间的几何关系。相比于基于图像特征的方法，多视图几何与笛卡尔空间的关系较为直接，简化了控制器的设计。常用的多视图几何包括单应性、对极几何以及三焦张量。 2.2伺服系统控制技术 现代的机器人伺服系统多采用交流伺服驱动系统，而且正在逐渐向数字化方向转变。数字控制技术已经五孔不入，如信号处理技术中的数字滤波、数字控制器，把功能更加强大的控制器芯片已经各种智能处理模块应用到工业机器人交流伺服系统中，可以实现更好的控制性能。 最近几十年，由于微电子技术的进步，各种方便用户开发的微控制器与数字信号处理器件大量涌现市场，为各种先进的智能控制算法在控制系统中的应用提供了可能。如今，各种新型的伺服控制策略大量涌现，大有与传统控制策略一较高低的趋势下面简单介绍几种： 1）矢量控制矢量控制技术的提出，为交流伺服驱动系统的快速进步提供了理论支持。矢量控制技术的主要原理为：以转子旋转磁场作为参考系，将电动机定子矢量电流经过两次坐标变换分解为直轴电流和交轴电流分量，且使两电流分量相互正交，同时对交直轴电流分量的
伺服电机与运动控制卡的连接 1、初始化参数 2、在接线之前，先初始化参数。 在控制卡上：选好控制方式；将PID参数清零；让控制卡上电时默认使能信号关闭；将此状态保存，确保控制卡再次上电时即为此状态。 在伺服电机上：设置控制方式；设置使能由外部控制；编码器信号输出的齿轮比；设置控制信号与电机转速的比例关系。一般来说，建议使伺服工作中的最大设计转速对应9V的控制电压。比如，松下是设置1V电压对应的转速，出厂值为500，如果你只准备让电机在1000转以下工作，那么，将这个参数设置为111。 2、接线 将控制卡断电，连接控制卡与伺服之间的信号线。以下的线是必须要接的：控制卡的模拟量输出线、使能信号线、伺服输出的编码器信号线。复查接线没有错误后，电机和控制卡（以及PC）上电。此时电机应该不动，而且可以用外力轻松转动，如果不是这样，检查使能信号的设置与接线。用外力转动电机，检查控制卡是否可以正确检测到电机位置的变化，否则检查编码器信号的接线和设置 3、试方向 对于一个闭环控制系统，如果反馈信号的方向不正确，后果肯定是灾难性的。通过控制卡打开伺服的使能信号。这是伺服应该以一个较低的速度转动，这就是传说中的“零漂”。一般控制卡上都会有抑制零漂的指令或参数。使用这个指令或参数，看电机的转速和方向是否可以通过这个指令（参数）控制。如果不能控制，检查模拟量接线及控制方式的参数设置。确认给出正数，电机正转，编码器计数增加；给出负数，电机反转转，编码器计数减小。如果电机带有负载，行程有限，不要采用这种方式。测试不要给过大的电压，建议在1V以下。如果方向不一致，可以修改控制卡或电机上的参数，使其一致。 4、抑制零漂 在闭环控制过程中，零漂的存在会对控制效果有一定的影响，最好将其抑制住。使用控制卡或伺服上抑制零飘的参数，仔细调整，使电机的转速趋近于零。由于零漂本身也有一定的随机性，所以，不必要求电机转速绝对为零。 5、建立闭环控制 再次通过控制卡将伺服使能信号放开，在控制卡上输入一个较小的比例增益，至于多大算较小，这只能凭感觉了，如果实在不放心，就输入控制卡能允许的最小值。将控制卡和伺服的使能信号打开。这时，电机应该已经能够按照运动指令大致做出动作了。 6、调整闭环参数
NJ控制伺服基本操作 制作时间：2016.9 硬件设备：NJ301-1100、R88D-KN01H-ECT、R88M-K10030T-Z 软件：Sysmac Studio 案例简介：NJ控制G5伺服点动，有关伺服方面的设置及报错问题解决1.系统概述，硬件搭建和接线 图1-1 2.操作步骤 （1）硬件设置：将伺服的节点旋钮拨至03 （2）软件操作：
连接软件，打开Sysmac Studio软件，使用USB和NJ连接好之后可以直接在线。 图2-1 图2-2 连接好软件之后，在配置与设置—EtherCAT下右键“主设备”，与物理网络配置比较和合并，可以将伺服直接读入。
图2-3 图2-4
伺服在初次上电的时候会报错“87”，紧急停止报错，因为这个信号默认是常闭的，在参数内设置为常开即可，对应参数为Pn400.00、Pn400.01、Pn400.02，默认为94常闭，改为14常开即可。然后将设置传入并重启驱动器。 图2-5 重启伺服之后如果还有报错“反向限制输入变为ON”，可以将反向限制信号和正向限制信号都改为常开，对应的参数为：Pn401.00、Pn401.01、Pn400.02、Pn402.00、Pn402.01、Pn402.02，改完之后将参数传入并重启伺服。 图2-6
如果是使用的绝对值编码器，并且Pn015为0的话，上电有可能会报错“40” 图2-7 此时需要对绝对值编码器进行复位操作，对应节点伺服右键—电机和编码器 图2-8 然后点击“清除系统”对绝对值编码器进行复位
图2-9 排除故障后，可以对伺服进行点动试运行首先要添加轴，在“轴设置”—“添加” 图2-10 设置“轴类型”和“输出设备”
伺服电机 中文名称：伺服电机 英文名称：servo motor 定义：转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压所属学科：航空科技(一级学科) ；航空机电系统(二级学科) 伺服电机在伺服系统中控制机械元件运转的发动机.是一种补助马达间接变速装置。伺服电机,可使控制速度,位置精度非常准确。将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象 一：伺服电机工作原理 1.伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。 2.交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 3.伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 4．什么是伺服电机？有几种类型？工作特点是什么？ 答：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降， 5．交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？ 答：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。
交流伺服运动控制系统 班级电气5班 学号 2015345 姓名李宏阳
1.引言 随着社会的发展，伺服控制系统在现代社会的作用就越来越大，运用范围也越来越广。从最开始的主要运用与军事方面到工业的方方面面都离不开伺服控制系统。伺服系统最初是用于船舶的自动驾驶、火炮控制和指挥仪中，后来逐渐推广到很多领域，特别是自动车床、天线位置控制、导弹和飞船的制导等。 伺服控制系统在整个社会发展中的地位越来越重要，我们主要可以去了解控制策略、控制方法、系统设计(包括交直流伺服、数控、视觉伺服、液压伺服、.气动伺服、机器人伺服等系统)、伺服电动机(包括永磁同步电机、步进电机、直线电机、开关磁阻电机等电机的设计、新原理、新材料、新结构和电机磁场与性能分析及软件分析平台)、伺服控制前沿技术、行业信息、应用案例、伺服器件、传感器、工业通信、新产品等关于伺服控制系统的知识。 2.伺服运动控制系统简介 2.1概念 用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统称为伺服控制系统。又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。 2.2指标要求 （1）系统精度要高 伺服系统精度指的是输出量复现输入信号要求的精确程度,以误差的形式表现,可概括为动态误差,稳态误差和静态误差三个方面组成。在伺服控制系统中一般系统精度越高越好。 （2）稳定性要好 伺服系统的稳定性是指当作用在系统上的干扰消失以后,系统能够恢复到原来稳定状态的能力;或者当给系统一个新的输入指令后,系统达到新的稳定运行状态的能力，在实际运用中我们希望系统的这一能力越强越好。 （3）响应速度要快 响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度,决定了系统的工作效率.响应速度与许多因素有关,如计算机的运行速度,运动系统的阻尼和质量等。在生产运用中我们希望响应速度是越快越好。 （4）工作频率范围要宽 工作频率通常是指系统允许输入信号的频率范围.当工作频率信号输入时,系统能够按技术要求正常工作;而其它频率信号时，体统不能正常工作。根据我们的实际需求我们希望一个系统的工作频率的范围要比较宽，这样才能将伺服控制系统用于实际生产。 2.3体系架构
交流永磁同步伺服驱动系统 一、伺服系统简介 伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。在20世纪60年代，最早是直流电机作为主要执行部件，在70年代以后，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。 交流永磁同步伺服驱动系统（以下简称伺服系统），是基于国外高端伺服技术开发出适合于国内环境的伺服驱动系统，具有性能优异、可靠性强，广泛应用于数控机床、织袜机械、纺织机械、绣花机、雕刻机械等领域，在这些要求高精度高动态性能以及小体积的场合，应用交流永磁同步电机（PMSM）的伺服系统具有明显的优势。其中，PMSM具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特性和效率都很高。交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方面来衡量。伺服系统调速范围一般的在1:5000～1:10000；定位精度一般都要达到±1个脉冲；稳速精度，尤其是低速下的稳速精度，比如给定1rpm时，一般的在±0.1rpm以内，高性能的可以达到±0.01rpm以内；动态响应方面，通常衡量的指标是系统最高响应频率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后不超过90°或者幅值不小于50％。应用在特定要求高的一些场合，目前国内主流产品的频率在200～500Hz。运行稳定性方面，主要是指系统在电压波动、负载波动、电机参数变化、上位控制器输出特性变化、电磁干扰、以及其他特殊运行条件下，维持稳定运行并保证一定的性能指标的能力。 二、伺服系统的组成 伺服系统的组成 1.上位机 上位机通过控制端口发送指令（模拟指令或脉冲指令）给驱动器。驱动器跟随外部指令来执行，同时驱动器反馈信号给上位机。 2.驱动器
问题6 6.1、对课程的教学方法、教学效果有何客观评价？ 伺服运动控制系统采用的是每节课一个专题的方式进行教学，在总体上是我们对电机以及伺服运动控制系统有一个整体的了解，由于本科学习过程中没有接触过电机以及相关的课程，这门课使我对电机有了相关的了解，课堂上的入门学习以及课后查阅相关资料的补充学习，让我觉得上了这门课之后受益匪浅。我的建议是每一章学习后，都要给学生们进行知识点总结，一则让其掌握本章学习的知识框架，二是帮助我们回顾一些细节性的东西。 6.2、结合自身研究的课题，谈谈对《伺服运动控制系统》课程教学内容、授课方式的建议。 本人研究的课题是全自动麻将机的设计，其中涉及到图像处理的各种算法以及多电机的协调控制，目前正处于电机的选型阶段，这门课的对于各种电机的介绍让我了解了不同类型电机的优缺点以及应用场合，为课题中电机的选型提供了理论上的帮助。 6.3、请针对某一章节具体内容谈一下学习感受 通过对步进电机伺服系统这一章的学习，我将伺服电机与步进电机的优缺点进行总结。 步进电机作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为 1.8°、0.9°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如三洋公司（SANYO DENKI）生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以三洋全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2000线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/8000=0.045°。对于带17位编码器的电
摘要 本文采用运动控制系统，完成三菱电机杯竞赛的关于伺服电机如何实现系统的运动控制系统。运动控制模型包括：安装台面、XY伺服轴、旋转工作盘三大部分。 运动控制 (Motion Control)通常是指在复杂条件下,将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动,实现机械运动精确的位置控制、速度控制加速度控制、转矩或力的控制。该系统由两工位运动控制系统组成：2套伺服放大器及伺服电机、QD75系统模块、变频器、三菱可编程序控制器、触摸屏等组成。 通过个人计算机与PLC通讯输入运行程序，设定运行参数后，QD75P2系统模块控制伺服放大器的输出，之后伺服放大器给伺服电机输出信号，伺服电机反馈信号到伺服放大器，从而驱动跟踪圆盘上的磁珠转动；负载圆盘是通过变频器控制的三相异步电动机控制运行速度。工作盘是由交流变频控制，工作盘上可用双面胶固定多个磁钢（?）；图中上端为XY十字工作台（伺服电机控制），考虑到机械强度的问题，Y轴有两个平行轴固定，其中左侧的为主动驱动轴，右侧为从动轴；X轴平面装有霍尔传感器；上方为旋转工作台，工作盘由交流电机（电机的速度由变频器控制）带着转动工作时，在工作盘放入磁钢，当工作盘转动时，X轴上部安装的传感器须一直能够对应到磁钢（XY轴随动，传感器保持检测到磁钢而不脱开）。 构建“PLC+伺服放大器+伺服电机+触摸屏”的运动控制系统。 电气运动控制是由电力拖动发展而来的,电力拖动或电气传动是对以电动机为对象的控制系统的通称。从电力拖动开始,经历四十多年的发展过程,现代运动控制已成为一个以控制理论为基础，涵盖电机技术、电力电子技术（电力电子器件、电力电子线路）、微电子技术、传感器检测技术、信息处理技术、自动控制技术、微计算机技术和计算机仿真和辅助制造（CAM）技术等许多学科 ,且多种不同学科交叉应用的控制技术。 运动控制系统多种多样,但从基本结构上看,一个典型的现代运动控制系统的硬件主要由上位计算机、运动控制器、功率驱动装置、电动机、执行机构和传感器反馈检测装置等部分组成。其中的运动控制器是指以中央逻辑控制单元为核心,以传感器为信号敏感元件,以电机或动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置它的主要任务是根据运动控制的的逻辑、数学运算,为电机或其它动力和执行装置提供正确的控制信号。 关键词：伺服电机；系统；控制
直流无刷伺服电机运动控制系统设计 Motionchip是一种性能优异的专用运动控制芯片，扩展容易，使用方便。本文基于该芯片设计了一款可用于直流有刷/无刷伺服电机的智能伺服驱动器，并将该驱动器运用到加氢反应器超声检测成像系统中，上位机通过485总线分别控制直流有刷电机和无刷电机，取得了很好的控制效果，满足了该系统的高精度要求。 在传统的电机伺服控制装置中，一般采用一个或多个单片机作为伺服控制的核心处理器。由于这种伺服控制器外围电路复杂，计算速度慢，从而导致控制效果不理想。近年来，许多新的电机控制算法被研究并运用于电机控制系统中，如矢量控制、直接转矩控制等。随着这些控制算法的日益复杂，必须具备高速运算能力的处理器才能实现实时计算和控制。为了适应这种需要，国外许多公司开发了控制电机专用的高档单片机和数字信号处理器（DSP）。现在，通常使用的伺服控制器的控制核心部分大都由DSP和大规模可编程逻辑器件组成，这种方案可以根据不同需要，灵活的设计出性能很好的专用伺服控制器，但是一般研制周期都比较长。 MotionChip的特点 MotionChip是瑞士Technosoft公司开发的一种高性能且易于使用的电机运动控制芯片，它是基于TMS320C240的DSP，外围设置了许多电机伺服控制专用的可编程配置管脚。TMS320C240是美国TI公司推出的电机控制专用16位定点数字信号处理器，其具有高速的运算能力和专为电机控制设计的外围接口电路。MotionChip很好的利用了该DSP的优点，并集成多种电机控制算法于一身，以简化用户设计难度为目的，设计成为一种新颖的电机专用控制芯片。MotionChip有着集成全部必要的配置功能在一块芯片的优点，它是一种为各种电机类型进行快速和低投入设计全数字、智能驱动器的理想核心处理器。具有如下特点： ?可用于控制5种电机类型：直流有刷/无刷电机、交流永磁同步电机、交流感应电机和步进电机，且易于嵌入到用户的硬件结构中； ?可以选择独立或主从方式工作，并可根据需要，设置成通过网络接口进行多伺服控制器协同工作； ?全数字控制环的实现，包括电流/转矩控制环、速度控制环、位置控制环； ?可实现各种命令结构：开环、转矩、速度、位置或外环控制，步进电机的微步进控制，并可实现控制结构的配置，其中包括交流矢量控制； ?可以配置使用各种运动和保护传感器（位置、速度、电流、转矩、电压、温度等）； ?使用各种通讯接口，可以实现RS232/RS485通讯、CAN总线通讯； ?基于Windows95/98/2000/ME/NT/XP平台，强大功能的IPM Motion Studio 高级图形编程调试软件：可通过RS232快速设置，调整各参数与编程运动控制程序。其功能强大的运动语言包括：34种运动模式、判决、函数调用，事件驱动运动控制、中断。因此便于开发和使用。 ?可以通过动态链接库TMLlib,利用VC/VB实现PC机控制；也可以与Labview和PLC无缝连接，通过动态链接库，用户可以在上层开发电机的控制程序，研究控制策略。 运动控制系统设计
全闭环交流伺服驱动技术成为运动控制新技术 在机电一体化技术迅速发展的同时，运动控制技术作为其关键组成部分，也得到前所未有的大发展，国内外各个厂家相继推出运动控制的新技术、新产品。本文主要介绍了全闭环交流伺服驱动技术（Full Closed AC Servo）、直线电机驱动技术（Linear Motor Driving）、可编程序计算机控制器（Programmable Computer Controller，PCC）和运动控制卡（Motion Controlling Board）等几项具有代表性的新技术。 随着计算机技术、电子电力技术和传感器技术的发展，各先进国家的机电一体化产品层出不穷。机床、汽车、仪表、家用电器、轻工机械、纺织机械、包装机械、印刷机械、冶金机械、化工机械以及工业机器人、智能机器人等许多门类产品每年都有新的进展。机电一体化技术已越来越受到各方面的关注，它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。 在一些定位精度或动态响应要求比较高的机电一体化产品中，交流伺服系统的应用越来越广泛，其中数字式交流伺服系统更符合数字化控制模式的潮流，而且调试、使用十分简单，因而被受青睐。这种伺服系统的驱动器采用了先进的数字信号处理器（Digital Signal Processor, DSP），可以对电机轴后端部的光电编码器进行位置采样，在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统，并充分发挥DSP的高速运算能力，自动完成整个伺
服系统的增益调节，甚至可以跟踪负载变化，实时调节系统增益；有的驱动器还具有快速傅立叶变换（FFT）的功能，测算出设备的机械共振点，并通过陷波滤波方式消除机械共振。 一般情况下，这种数字式交流伺服系统大多工作在半闭环的控制方式，即伺服电机上的编码器反馈既作速度环，也作位置环。这种控制方式对于传动链上的间隙及误差不能克服或补偿。为了获得更高的控制精度，应在最终的运动部分安装高精度的检测元件（如：光栅尺、光电编码器等），即实现全闭环控制。比较传统的全闭环控制方法是：伺服系统只接受速度指令，完成速度环的控制，位置环的控制由上位控制器来完成（大多数全闭环的机床数控系统就是这样）。这样大大增加了上位控制器的难度，也限制了伺服系统的推广。目前，国外已出现了一种更完善、可以实现更高精度的全闭环数字式伺服系统，使得高精度自动化设备的实现更为容易。其控制原理如图1所示。 该系统克服了上述半闭环控制系统的缺陷，伺服驱动器可以直接采样装在最后一级机械运动部件上的位置反馈元件（如光栅尺、磁栅尺、旋转编码器等），作为位置环，而电机上的编码器反馈此时仅作为速度环。这样伺服系统就可以消除机械传动上存在的间隙（如齿轮间隙、丝杠间隙等），补偿机械传动件的制造误差（如丝杠螺距误差等），实现真正的全闭环位置控制功能，获得较高的定位精度。而且这种全闭环控制均由伺服驱动器来完成，无需增加上位控制器的负担，因而越来越多的行业在其自动
伺服控制的三种模式 一般伺服都有三种控制方式:速度控制方式,转矩控制方式,位置控制 方式，速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的.位置控制是通过发脉冲来控制的.具体采用什么控制方式要根据客户的要求,满足何种运动功能来选择. 如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。 一般说驱动器控制的好不好，每个厂家的都说自己做的最好，但是现在有个
比较直观的比较方式，叫响应带宽。当转矩控制或者速度控制时，通过脉冲发生器给他一个方波信号，使电机不断的正转、反转，不断的调高频率，示波器上显示的是个扫频信号，当包络线的顶点到达最高值的70.7%时，表示已经失步，此时的频率的高低，就能显示出谁的产品牛了，一般的电流环能作到1000Hz 以上，而速度环只能作到几十赫兹。换一种比较专业的说法： 运动伺服一般都是三环控制系统，从内到外依次是电流环速度环位置环。 1、首先电流环：电流环的输入是速度环PID调节后的那个输出，我们称为“电流环给定”吧，然后呢就是电流环的这个给定和“电流环的反馈”值进行比较后的差值在电流环内做PID调节输出给电机，“电流环的输出”就是电机的每相的相电流，“电流环的反馈”不是编码器的反馈而是在驱动器内部安装在每相的霍尔元件（磁场感应变为电流电压信号）反馈给电流环的。 2、速度环：速度环的输入就是位置环PID调节后的输出以及位置设定的前馈值，我们称为“速度设定”，这个“速度设定”和“速度环反馈”值进行比较后的差值在速度环做PID调节（主要是比例增益和积分处理）后输出就是上面讲到的“电流环的给定”。速度环的反馈来自于编码器的反馈后的值经过“速度运算器”得到的。 3、位置环：位置环的输入就是外部的脉冲（通常情况下，直接写数据到驱动器地址的伺服例外），外部的脉冲经过平滑滤波处理和电子齿轮计算后作为“位置环的设定”，设定和来自编码器反馈的脉冲信号经过偏差计数器的计算后的数值在经过位置环的PID调节（比例增益调节，无积分微分环节）后输出和位置给定的前馈信号的合值就构成了上面讲的速度环的给定。位置环的反馈也来自于编码器。 编码器安装于伺服电机尾部，它和电流环没有任何联系，他采样来自于电机的转动而不是电机电流，和电流环的输入、输出、反馈没有任何联系。而电流环是在驱动器内部形成的，即使没有电机，只要在每相上安装模拟负载（例如电灯