第六章. 运动控制
6.1 运动控制地定义
6.2 运动控制地组成
6.2.1 同步伺服电机
6.2.2 步进电机
6.2.3 驱动器
6.2.4 控制器
6.3 运动控制系统地结构
6.4 运动控制要解决地问题
6.5 伺服电机地选型计算
6.6 典型应用
6.1 运动控制地定义
运动控制是指动作地单元以非常精确地设定速度在规定时间到达准确位置地可控运动.
运动单元地运动有如下特点:
路径: 有一个初始位置
有一个终点位置
稳定地速度和上升,下降斜率
动作: 静态和动态响应非常精确
运动响应很快
运动很稳定
位置: 有绝对位置
有相对位置
根据不同地应用工艺, 我们把运动分为有限轴运动和无限轴运动.
有限轴运动是指运动体地运动在一定范围内, 如机械手地运动在设计范围内抓取工件.
无限轴运动是指运动体连续不断地向一个方向运动,没有边界. 如传送带地运动.
6.2 运动控制地组成
运动控制地组成离不开以下4个单元,如图:
运动控制器: 控制运动按照设定地轨迹动作,不断计算位置和速度地匹配
驱动器: 把普通电能转化为向电机提供运动地动力
电机: 产生对负载推动地扭矩
位置传感器: 提供电机轴实时地位置和速度
所以, 运动控制要完成可控地动作, 主要对3个变量进行控制.
即: 电机地力矩, 速度, 位置
如图所示
6.2.1 同步伺服电机
首先让我们看一下运动控制中地执行器: 伺服电机
电机是把电枢电流转化为电机轴输出力矩地一种装置.
从技术角度, 我们通常把电机分为异步电机, 同步电机和步进电机. 从运动形式来分,可分为旋转电机和直线电机. 如图所示：
在运动控制系统中,用到地电机通常为同步无刷电机.
6.2.1.2 无刷伺服电机地工作原理：
集成有位置编码器地电机（位置测量）,其转子是永久磁铁, 定子是与异步电机一样地线圈绕组.
当定子线圈通上交变电流, 就会在转子周围产生旋转磁场,而转子地磁场就会与定子产生地磁场相互作用, 驱动器根据位置反馈情况, 来调整定子磁场,使转子磁场与定子磁场成90度角,使力矩最大.
同时,位置传感器测量出电机轴地旋转角度. 这里,转子地磁场是恒定地(由永久磁铁产生). 而定子地磁场是变化地, 它取决于通到线圈绕组电流地变化频率. 这样转子地转动就跟随着定子地旋转磁场一起运动. 即转子与旋转磁场同步.
集成地位置传感器一般为电压分解器形式, 耐用且够一定精度.
6.2.1.3 同步伺服电机地特性
电机地输出力矩与定子电流( Is )成正比
T=C1x Is C1: 为常数
电机地转速与定子电流地频率(Freq.Is)成正比
S=C2 x Freq.Is C2: 为常数
电机在一定重量下,力矩地大小取决于转子地磁性材料地特性,如磁性材料为钕铁硼,或钐钴等.
从上式可以看出, 磁通量越大, 轴输出力矩也越大.
力矩/速度曲线,电机与驱动器组合
通过力矩/速度曲线, 我们可以看出无刷伺服电机,有着低速高转矩,高过载力矩地特性.
因此,这种电机能够胜任高精度,高动态响应地运动任务.
6.2.2 步进电机.
步进电机原理: 步进电机地定子是带有若干对磁极地永久磁铁. 定子是至少有两相绕组地线圈. 当一个绕组线圈通电时,产生磁场,转子被吸到一个磁极, 当另一个绕组通电时,产生另一个磁场,把转子吸到另一个磁极, 就这样定子线圈分步通电, 转子就被吸着一步一步转动了. (如图所示)
所以,步进电机不需要位置反馈. 运动方式是开环地.
6.2.3 位置传感器
位置传感器集成在电机轴上,用来反馈电机旋转地位置和速度.
通常有3种位置传感器
1.电压分解器型
2.增量编码器型
3.绝对编码器型
位置传感器地特性由3个参数来定义, 这3个参数是:
分辨率, 精度和一致性
分辨率是指测量一个位置地最小单元. 通常是一转多少脉冲.
所以,编码器地分辨率取决于一转多少个脉冲.（例如,编码器分辨率=1024个脉冲/每转）
分辨率越高,可以达到地精度就越高.
精度：是指实际位置与测量位置地偏差值.（单位是弧分）
如果速度源自于位置值,则精度影响速度地测量值.
一致性：是指每个周期,编码地重复精度是否一致.
这个例子显示,精度很低,但一致性很好.
6.2.3.1: 电压分解器型位置传感器
电压分解器型位置传感器是一种旋转变压器,它在励磁线圈地激励下,产生正弦,余弦信号, 然后再把正,余弦信号从模拟量转化为数字量, 从而提供出输出轴地绝对位置.
6.2.3.2: 增量编码器型位置传感器
增量编码器通常在旋转时产生两路信号, 这两路信号记录了旋转地脉冲数, 同时由于两路信号相差90度,可以辨别旋转地方向. 第三路信号是一转只产生一个信号地零度标志信号.
6.2.3.3: 绝对编码器型位置传感器
绝对位置编码器有很多组码盘,它可以定义电机轴一圈或多圈中地每一个位置. 如图所示:
通过机械联接,可以把一个个码盘连接起来,这样就可以对多圈位置进行定义,组成多圈绝对编码. 这些编码存储起来,通过串行通讯发送出来.
6.2.4 驱动器
驱动器地作用: 用来控制速度并提供电机所需交变电流.
驱动器原理: 通过功率变换单元,驱动器调节电机地电流和速度,同时,如有控制器集成在驱动器里,它也可控制电机地位置.
6.2.5 控制器
运动控制器组合单轴运动地顺序和多轴运动地程序轨迹. 它可以定义好运动轨迹,并且按照定义地轨迹形成与时间相关地位置,速度给定作为运动地参考.如图
6.2.5.1 几种典型运动
1. 独立轴地运动
2. 插补轴运动
3.凸轮轴运动
把过去固定地机械凸轮转变为柔性地电子凸轮运动.
6.3 运动控制系统地结构
我们上面说到,一个运动控制系统由3部分组成: 控制器,驱动器和伺服电机. 在实际应用中, 围绕这3个部分各个自动控制制造商给出了基于不同平台地控制结构. 这些控制结构适应了不同地应用需求. 目前主要地应用结构如下:
1.基于可编程控制器地结构
如图所示, 这种结构地运动控制单元挂在PLC上, 借助PLC软件资源完成各种运动任务. 这些运动控制模板通常有2种控制方式. 一种是输出+/-10V模拟电压, 控
制伺服电机地速度, 同时接收伺服电机反馈回来地位置编码, 计算要达到地位置和速度, 形成一个位置闭环, 完成PLC指令下达地运动任务. 另一种方式是位置模板输出脉冲来控制伺服电机地速度和位置. 即脉冲频率控制电机速度, 脉冲个数控制电机要走地位置. 这两种位置控制模板,各个自动化制造商推出地硬件控制标准都是一样地. 因此, 通用性较好, 可以控制任何厂家地伺服电机.
施耐德电气提供了从步进电机控制器到伺服电机控制器地全套产品. 它们是基于Premium PLC地步进控制模板TSXCFY, 它输出脉冲. 控制伺服电机地
TSXCAY21,TSXXCAY22, TSXCAY33, TSXCAY41, TSXCAY42. 它们输出+/-10V模拟量.
具体应用指导可参见参考书<运动控制系统地结构及应用>, 由机械工业出版社出版.
2.基于PC运动控制板卡地结构
这种结构可借助PC地大量软件资源和高级语言编程来完成各种运动任务. 一般应用在特殊机器地控制上
3.控制器集成在驱动器中地结构
这种结构简捷,运动任务都存储在驱动器中, 通过数字I/O或现场总线就可以操控伺服地运动了.
施耐德电气推出地LEXIUM05 驱动器, 内含了电流环, 速度环和位置环,因此通过I/O可以控制伺服电机地起停. 通过总线,如MODBUS, PROFIBUS-DP, CAN_OPEN 可以控制伺服电机做点到点运动, 做速度,扭矩控制, 做电子齿轮运动. 另一款驱动器LEXIUM15可以存储180条运动任务, 可以用I/O以示教地方式, 让驱动器学习
走过地运动任务. 也可以通过现场总线,如:CAN_OPEN, MB+, SERCOS, PROFIBUS-DP, 以太网来控制伺服电机可以控制伺服电机做点到点运动, 做速度,扭矩控制, 做电子齿轮和电子凸轮运动.
4.独立控制器结构
独立控制器结构是一种非常适合于特殊机器和紧凑机器制造地解决方案. 因为,这种结构不依赖于上位控制平台.控制器或驱动器本身就是一个运动控制处理和曲线计算单元, 它包含有总线通讯控制, 这些总线可以连接到人机界面HMI, 上位PLC, 远程I/O和变频器VSD. 这些单元地控制程序都可以编制在驱动器或控制器内部. 其结构如图所示:
这种结构在驱动器中内置了多种运动功能块,非常方便用户地编程.
用户可以使用开放地编程语言IEC-61131,在驱动器里来编制需要地各种功能和运动任务.
6.4 运动控制要解决地问题
同步伺服电机由于其出色地动态响应, 极强地过载能力,平滑地力矩特性和精确地定位使得它在各个领域都有着广泛地应用. 归纳其核心应用,选用大概要解决如下4个问题
1.恒速,恒扭矩
在某些应用中,要求速度波动很小(速度精度<0.05%)才能完成工艺要求,保证产品质量.
例如在卷曲运动中,微小地速度变化会影响到张力.
在涂层平整时,微小地速度变化会影响涂层厚度. 这些都要求电机具有很好地速度平稳精度.
同样在收/放卷时,为了控制一定地张力, 要求电机地传动在设定张力下进行.
2.定位,点到点,包括插补
在快速地定位, 输送和机加工中, 由于对位置要求地精度高,需要采用伺服电机.
3.电子齿轮
在过去地传动中,大量采用机械齿轮箱进行同步传动, 这种主从传动是固定地,有一定地传动误差和磨损. 目前,逐步采用伺服电机做主从电子传动, 称为电子齿轮. 如图所示
4.电子凸轮
采用伺服电机可以实现类似于机械凸轮地功能, 称为电子凸轮.
一般伺服电机作为从轴跟随主轴做非线性地同步运动. 所以电子凸轮曲线可以编辑很多,存储在运动控制器或驱动器中,很方便地调用. 这种柔性设计大大方便了使用者.
6.5 伺服电机地选型计算
在设计一个运动控制系统时, 我们应尽可能地选择那些转动惯量和负载惯量相等地电机. 一般来说, 负载惯量不应大于10倍地电机转动惯量.
当惯量不匹配时,会引起电机振动和超速. 当惯量比很大时,会引起机械地共振. 减速机可以用来降低负载地惯量来适配伺服电机.
如图所示:
负载速度 = 电机速度 / 齿轮比
电机力矩 = 负载力矩 / 齿轮比
电机惯量 = 负载惯量 / 齿轮比
所以,在选择一个合适地电机时,我们要首先计算一下负载地转动惯量
惯量地计算:
矩形体地计算
以a-a为轴运动地惯量:
公式中: 以b-b为轴运动地惯量:
圆柱体地惯量
空心柱体惯量
摆臂地惯量
曲柄连杆地惯量
带减速机结构地惯量
齿形带传动地惯量
第六章. 运动控制6.1 运动控制的定义 6.2 运动控制的组成 6.2.1 同步伺服电机 6.2.2 步进电机 6.2.3 驱动器 6.2.4 控制器 6.3 运动控制系统的结构 6.4 运动控制要解决的问题 6.5 伺服电机的选型计算 6.6 典型应用
6.1 运动控制的定义 运动控制是指动作的单元以非常精确的设定速度在规定时间到达准确位置的可控运动. 运动单元的运动有如下特点: 路径: 有一个初始位置 有一个终点位置 稳定的速度和上升,下降斜率 动作: 静态和动态响应非常精确 运动响应很快 运动很稳定 位置: 有绝对位置 有相对位置 根据不同的应用工艺, 我们把运动分为有限轴运动和无限轴运动. 有限轴运动是指运动体的运动在一定范围内, 如机械手的运动在设计范围内抓取工件. 无限轴运动是指运动体连续不断的向一个方向运动,没有边界. 如传送带的运动. 6.2 运动控制的组成 运动控制的组成离不开以下4个单元,如图: 运动控制器: 控制运动按照设定的轨迹动作,不断计算位置和速度的匹配 驱动器: 把普通电能转化为向电机提供运动的动力 电机: 产生对负载推动的扭矩 位置传感器: 提供电机轴实时的位置和速度 所以, 运动控制要完成可控的动作, 主要对3个变量进行控制. 即: 电机的力矩, 速度, 位置 如图所示
6.2.1 同步伺服电机 首先让我们看一下运动控制中的执行器: 伺服电机 电机是把电枢电流转化为电机轴输出力矩的一种装置. 从技术角度, 我们通常把电机分为异步电机, 同步电机和步进电机. 从运动形式来分,可分为旋转电机和直线电机。如图所示：
电子控制系统的组成和工作过程 一、教学分析 1．教材分析 本课是第一章第二节“电子控制系统的组成和工作过程”。从对比分析两种路灯控制系统的基本组成入手，再通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，来学习电子控制系统的基本组成和工作过程，从而为学生学习后面各章提供了一把钥匙。 2．学情分析 学生在通用技术必修2的学习中，已学过关于控制系统的一些概念，例如输入、控制、输出，以及功能模拟方法的含义，但对电子控制系统内部电子元件，例如发光二极管、光敏电阻、三极管等的工作原理不太了解，教师可用通俗的语言补充解释其作用，以利于学生的学习。 二、教学目标 1．知识与技能目标 （1）知道电子控制系统的基本组成。 （2）能用方框图分析生活中常见电子控制系统的工作过程。 2．过程与方法目标 （1）通过对两种路灯控制系统方框图的对照，知道电子控制系统的基本组成。 （2）通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，加深对电子控制系统组成的理解。 3．情感态度和价值观目标 （1）激发学生动手尝试的兴趣和热爱技术的情感。 （2）提高学生比较及分析电子控制系统的能力。 三、教学重难点 1．重点 （1）电子控制系统的基本组成。 （2）能用方框图分析生活中常见电子控制系统的工作过程。 2．难点 电子控制系统内部常见电子元件的工作原理。 四、教学策略 本节课程以多媒体技术为辅助教学手段，通过观察、基本知识讲授、小组探究、分析表达、技术试验、能力展示等教学方法和策略，在教师指导下，通过学生自主探究建构知识和技能。 五、教学准备 通用技术专用教室、多媒体、课件、路灯自动控制模型。 六、课时安排 共1课时 七、教学过程 （一）新课导入 教师展示：路灯自动控制模型 板书：第一章电子控制系统概述 第二节电子控制系统的组成和工作过程
运动控制卡概述 ? ?主要特点 ?SMC6400B独立工作型高级4轴运动控制器 功能介绍: 高性能的独立工作型运动控制器以32位RISC为核心，控制4轴步进电机、伺服电机完成各种功能强大的单轴、多轴运动，可脱离PC机独立工作。 ●G代码编程 采用ISO国标标准G代码编程，易学易用。既可以在文本显示器、触摸屏上直接编写G代码，也可以在PC机上编程，然后通过USB通讯口或U盘下载至控制器。 ●示教编程 可以通过文本显示器、触摸屏进行轨迹示教，编写简单的轨迹控制程序，不需要学习任何编程语言。 ●USB通讯口和U盘接口 支持USB1.1全速通讯接口及U盘接口。可以通过USB接口从PC机下载用户程序、设置系统参数，也可用U盘拷贝程序。
●程序存储功能 程序存储器容量达32M，G代码程序最长可达5000行。 ●直线、圆弧插补及连续插补功能 具有任意2-4轴高速直线插补功能、任意2轴圆弧插补功能、连续插补功能。应用场合: 电子产品自动化加工、装配、测试 半导体、LCD自动加工、检测 激光切割、雕铣、打标设备 机器视觉及测量自动化 生物医学取样和处理设备 工业机器人 专用数控机床 特点: ■不需要PC机就可以独立工作 ■不需要学习VB、VC语言就可以编程 ■32位CPU, 60MHz, Rev1.0 ■脉冲输出速度最大达8MHz ■脉冲输出可选择: 脉冲/方向, 双脉冲 ■2-4轴直线插补 ■2轴圆弧插补 ■多轴连续插补 ■2种回零方式 ■梯型和S型速度曲线可编程
■多轴同步启动/停止 ■每轴提供限位、回零信号 ■每轴提供标准伺服电机控制信号 ■通用16位数字输入信号，有光电隔离 ■通用24位数字输出信号 ■提供文本显示器、触摸屏接口 技术规格: 运动控制参数 运动控制I/O 接口信号 通用数字 I/O 通用数字输入口 通用数字输出口 28路，光电隔离 28路，光电隔离，集电极开路输出 通讯接口协议
以施耐德公司的位置控制模板TSXCAY系列为例： 如图所示: 9针D型阳插座输出4路模拟信号，可以控制4台驱动器。 15针D型插座接收反馈信号。反馈信号可以是绝对编码SSI或增量编码RS422。它们的电源由外部提供。电源可以是5V或24V。外部电源由HE10型插座接入。
如图示说明： TSXCAY位置控制单元还集成了基本的输入/输出端子，使得在运动控制过程中更加完善了它的控制功能，例如：原点开关，位置限位，事件开关等，电源也由此输入。如图所示：
I0: 原点开关 I1: 紧急停止开关 I2: 事件开关 I3: 自较正开关 Q0：辅助输出 下面就是一个在通道0 实际连接的例子。 PO是原点开关，用于程序中的寻原点的执行。 FCD，FCG，AT_UR都是紧急停止开关。 EVT是一个事件开关，可以在程序中进行中断情况的处理。REC可以是自校正的处理开关。
另外，TSXCAY还集成了对驱动单元的管理功能，例如，驱动器的使能，驱动器出错的报警等。如图示： COMx, VALVARx为输出到相应驱动器的使能控制。 OK_VARx 为驱动器正常工作的输入信号。 连接如图： TSXCAY 驱动器
综上所述，所有这些硬件构成了位置控制的最基本要素，无论是哪家的产品，结构都基本如此。 2．3 脉冲输出的位置控制结构 如上图所示 脉冲输出对位置的控制，结构简捷，不需要来自电机或驱动器的反馈。运动的位置取决于驱动器接收的脉冲数，运动的速度取决于脉冲的频率。对电流，速度，位置的调节都在驱动器里。它可以实现对位置的点到点的控制和同步跟随控制。 2．4 典型的硬件结构 如图所示 以施耐德公司的步进控制模板TSXCFY系列为例
汽车电子控制系统 概述
第四章汽车电子控制系统概述 第一节汽车电子技术的发展背景 汽车既可作为生产运输的生产用品, 又可作为代步、休闲、旅游等消费用品, 汽车技术的发展是人类文明史的见证。随着社会、经济的发展, 汽车成为人类密不可分的伙伴。当然, 汽车的发展也带来了一些负面的影响, 如随着汽车保有量的增加, 交通条件、安全、环境污染也成了日益严重的问题。汽车的安全、环保和节能是当今汽车技术发展的主要方向。 一、安全、环保和节能推动了汽车技术的发展 汽车的安全性是人类社会的一大祸害, 车辆的制动安全性、驱动安全性与行驶安全性是道路交通安全事故的三大主要根源。全世界每年由于交通事故死亡约50万人, 排在人类死亡原因的第10位; 中国当前每年因交通事故死亡占全国总死亡人数的1.5%, 约每年10万人。为此, 科技人员从汽车的主动安全性和被动安全性两个方面着手, 设计了防滑控制系统、车辆姿态控制系统、智能防撞预警与应急保护系统、碰撞后的保护系统等一系列电子控制装置。 HC和NOx 混合在一起, 在强烈的阳光照射下, 会发生一系列光化学反应, 产生臭氧和各种化合物。臭氧( O3) 具有很强的氧化性和毒性。1963年美国洛杉矶地区发生了光化学烟雾事件, 促使各国对大气污染的重视研究。据统计, 城市大气污染物一氧化碳( CO) 、碳氢化合物( HC) 和氮氧化物( NOx) 的主要污染源是汽车排气。因此, 世界各国都相继制订了日益严格的汽车排放物限制法规。另外, 随着汽车保有量的增加, 汽车噪声也是环境保护的重点治理对象。于是, 现代轿车普遍装有喷油与点火控制、废气再循环及三元催化等发动机尾气控制装置。人们还在降低机械噪声、隔振、隔音等方面进行了大量的实验与改进工作。 进入二十世纪70年代, 全球的石油危机, 使汽车节能问题受到
Twido+PTO+Lxm23运动控制系统 Twido+PTO+Lxm23运动控制系统.............................................................................................一第1章前言. (1) 第2章配置要求 (1) 2.1 硬件要求: (1) 2.2 Firmware要求： (1) 2.3 编程软件要求: (1) 第3章硬件连接与配置 (1) 3.1 硬件连接图 (1) 3.2 Lexium23的软件设置 (6) 3.3 PTO的软件设置 (6) 第4章功能实现 (13) 4.1 PTO对象 (13) 4.2 PTO指令说明 (16) 4.3 发送指令时应该考虑的规则 (16) 4.4 寻原点 (16) 4.5 设置位置 (18) 4.6 频率发生器 (18) 4.7 速度模式 (19) 4.8 相对值定位 (20) 4.9 绝对值定位 (22) 4.10 指令状态信息查询 (23) 第5章故障管理 (24) 5.1 LED面板 (24) 5.2 命令错误 (24) 5.3 可调整参数错误 (25) 5.4 轴错误 (25) 第6章编程过程中的注意事项 (26) 6.1 内存区的使用 (26) 6.2 输入滤波器的使用 (27) 6.3 ErrID的用法 (27) 第7章附录 (27) 7.1 图表 (27) 7.2 表格 (28)
第1章前言 Lexium 23 伺服驱动器配合BCH 伺服电机功率宽广、功能强大，能够满足多数工业场合的需求。 Lexium 23 C 伺服驱动器 200…255 V 单相，0.1 到1.5 kW 170…255 V 三相，0.1 到3 kW Lexium 23 M 伺服驱动器 170…255 V 三相，3 kW 到7.5 kW BCH 伺服电机 额定功率：0.1 到7.5KW 额定扭矩：0.3 到48 Nm 额定转速：1000 到3000rpm，取决于不同的型号 Lexium 23 伺服驱动器和BCH 伺服电机的完美组合可以适用于金属加工、物料搬运、纺织机械、电子设备、包装和印刷设备等多种场合。 TWDPTO220DT模块专用于Twido Brick40系列控制器的定位模块，该模块目前控制轴数量是3，该模块是个开环定位模块，不需要实时的移动位置反馈。 李成刚 第2章配置要求 2.1 硬件要求: Twido控制器:TWDLC**40DRF PTO模块:TWDPTO220DT-CN ： 要求： 2.2 Firmware要求 BK40_V505及以上 软件要求: 编程软件要求 2.3 编程 TwidoSuite C V2.14.6 第3章硬件连接与配置 本章主要介绍了PTO与Lexium23的硬件连接，以及对PTO和Lexium23的软件配置。 3.1 硬件连接图 3.1.1 Twido PTO 结构
机器人测控技术 大作业课程设计 课程设计名称：基于STM32的机械臂运动控制分析设计专业班级：自动1302 学生姓名：张鹏涛 学号：201323020219 指导教师：曹毅 课程设计时间：2016-4-28～2016-5-16 指导教师意见： 成绩: 签名：年月日 目录 摘要.............................................................................................................................. I V 第一章运动模型建立................................................................................................. V
1.1引言............................................................................................................. V 1.2机器人运动学模型的建立........................................................................... V 1.2.1运动学正解................................................................................... VII 第二章机械臂控制系统的总体方案设计............................................................. VIII 2.1机械臂的机械结构设计........................................................................... VIII 2.1.1臂部结构设计原则...................................................................... VIII 2.1.2机械臂自由度的确定..................................................................... I X 2.2机械臂关节控制的总体方案...................................................................... I X 2.2.1机械臂控制器类型的确定............................................................. I X 2.2.2机械臂控制系统结构...................................................................... X 2.2.3关节控制系统的控制策略.............................................................. X 第三章机械臂控制系统硬件设计............................................................................ X I 3.1机械臂控制系统概述.................................................................................. X I 3.2微处理器选型............................................................................................ XII 3.3主控制模块设计........................................................................................ XII 3.3.1电源电路....................................................................................... XII 3.3.2复位电路...................................................................................... XIII 3.3.3时钟电路...................................................................................... XIII 3.3.4 JTAG调试电路 ........................................................................... X IV 3.4驱动模块设计........................................................................................... X IV 3.5电源模块设计........................................................................................... X VI 第四章机械臂控制系统软件设计........................................................................XVII 4.1初始化模块设计......................................................................................XVII 4.1.1系统时钟控制.............................................................................XVII 4.1.2 SysTick定时器......................................................................... XVIII 4.1.3 TIM定时器 ................................................................................. X IX 4.1.4通用输入输出接口GPIO ............................................................ XX 4.1.5超声波传感器模块....................................................................... XX 总结........................................................................................................................... X XI 参考文献..................................................................................................................XXII 附录A .................................................................................................................... XXIII 附录B .................................................................................................................... XXIV
D型控制器 用户手册 控制器功能介绍 控制器安装及接线说明 控制器设置操作 附录1 通讯协议 施耐德万高（天津）电气设备有限公司Schneider Wingoal (Tianjin) Electric Equipment Co., Ltd
下面的符号将用于本手册的说明，提醒您注意潜在的危险，或者请您注意那些阐述、简化过程和关键操作。 !：安全警示标志，提示您如果违规操作可能造成人身安全危险或本开关的不可恢复性损坏。 : 关键性操作，提示您使用不当时，可能使控制器工作于非正常状态。 ：提供另外的信息或简化的操作方法。 请注意： 电气设备应该让有资格的专业人员进行安装、操作、使用、维护。未按使用手册操作而造成的不良后果，施耐德电气公司将不负任何责任。 控制器功能介绍 本控制器工作电压为AC380V，工作频率为50Hz，主要功能是进行电压采集，根据电压的实时值进行故障判断（三相断相、欠压、过压和失压），并控制转换开关进行相应的转换动作。用户还可根据实际需要选配电流模块实现实时电流、有功功率和有功电能的显示。另外，控制器提供多组无源节点的输入和输出，包括故障输出、负荷卸载、发电机启动、动作无源输出、远程投备（无源输入）、消防联动（无源输入）以及通讯接口，具体接线参见第节。 控制器安装及接线说明 1.1.控制器外形尺寸
图1 D型控制器外形尺寸
1.2. 控制器二次接线 1.2.1. 控制器端子说明 1.2.2. A1-A3备A4-D2,A5-RJ,A6-OUT,A7-D3,A8-D1,A9-NJ,A10-12,主 A2A3A4A5A6A7A8A9A10 A11A12OUT B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B12 故障输出 负荷卸载 主转备备转主 发电机启动 C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10 空 D3 NB RB 空 远程投备 消防联动 D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12 A B A`B` G 空 IC*IB*IA*动作输出 RS485 IC IB IA 动作输出：当机构中电机转动时，常开触点闭合； 故障输出：当常用或备用电源故障时，常开触点闭合； 负荷卸载：在电网－发电机模式下，常用电源故障，常开触点闭合； 发电机启动：在电网－发电机模式下，常用电源正常，常开触点闭合，常用电源故障，常开触点打开； RS485：通信用端口，A’ B’为通信预留端口； IA~IC ：电流互感器输入端口I*为输入端，I 为输出端；（输入额定电流5A ） 远程投备（无源）：短接此两点，机构转到备用位置，开关状态主分备合；(可靠距离10m) 消防联动（无源）：短接此两点，机构转到双分位置，开关状态主分备分；(可靠距离10m,WTS-D800~5000系列不具备该项功能) : 控制器的发电机启动端子在常用电源正常时常闭触点断开，当常用电源故障时常闭触点闭合以接通发电机启动电路；常开触点与之相反，请用户注意。 : 两台断路器的主回路相序必须一致。 : 非标产品使用，连接等应按照非标产品实际定制情况而定 ! 接地线必须可靠，以确保操作人员使用安全。 端子名称 额定电压 额定电流 动作及故障输出（无源） 250VAC/ 30VDC 5A 发电机启动及卸载端子(无 源)* 250VAC/ 30VDC 3A 此处指无源触点的额定负载电压及额定负载电流值
运动控制系统基本架构及控制轨迹要点简述 运动控制起源于早期的伺服控制。简单地说，运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。早期的运动控制技术主要是伴随着数控技术、机器人技术和工厂自动化技术的发展而发展的。早期的运动控制器实际上是可以独立运行的专用的控制器，往往无需另外的处理器和操作系统支持，可以独立完成运动控制功能、工艺技术要求的其他功能和人机交互功能。这类控制器可以成为独立运行的运动控制器。这类控制器主要针对专门的数控机械和其他自动化设备而设计，往往已根据应用行业的工艺要求设计了相关的功能，用户只需要按照其协议要求编写应用加工代码文件，利用RS232或者DNC方式传输到控制器，控制器即可完成相关的动作。这类控制器往往不能离开其特定的工艺要求而跨行业应用，控制器的开放性仅仅依赖于控制器的加工代码协议，用户不能根据应用要求而重组自己的运动控制系统。 运动控制的定义 运动控制（MC）是自动化的一个分支，它使用通称为伺服机构的一些设备如液压泵，线性执行机或者是电机来控制机器的位置和/或速度。运动控制在机器人和数控机床的领域内的应用要比在专用机器中的应用更复杂，因为后者运动形式更简单，通常被称为通用运动控制（GMC）。运动控制被广泛应用在包装、印刷、纺织和装配工业中。 运动控制系统的基本架构组成 一个运动控制器用以生成轨迹点（期望输出）和闭合位置反馈环。许多控制器也可以在内部闭合一个速度环。 一个驱动或放大器用以将来自运动控制器的控制信号（通常是速度或扭矩信号）转换为更高功率的电流或电压信号。更为先进的智能化驱动可以自身闭合位置环和速度环，以获得更精确的控制。 一个执行器如液压泵、气缸、线性执行机或电机用以输出运动。
施耐德控制器操作 施耐德控制器（CD12,XD26系列） 一、设定画面停留时间操作如下： 3个画面停留时间设定 按A键进入画面： 10 motors Program T1： 00015 S T2： 00015 S T3： 00015 S 此时光标在T1：00015 S处闪动，如果需修改时间，请按O K键进入 此时T1:00015 S数字在跳动，如需调整，按+ 后，再按O K键确认光标闪动，此时已设定好T1时间。 如想调整T2时间按+T2：000 15 S处，其 它操作如T1设定，T3设定也一样。 待画面停留时间调整后按A键返回主模式 二、设定每天早上、晚上的开机时间和关机时间操作如下： 按ESC键进入模式： MACRO 000 FBD 062 TIME PROG WEEKLY 早上开机时间 n:00 07:00 ON D:MTWTFSS W:12345 此时光标在062处闪动，如果需修开机时间，按+键把光标移至07： 00处内动按O K键，此时07在跳动按+再按O K键确认光标在闪动，此时已设定好早上开机时间。 如想调整晚上关机时间操作如下： 在原来的早上开机时间下一直按+键至出现以下模式： MACRO 000 FBD 062 TIME PROG n:01 CHOSE EVENT 此时没有光标闪动按O K键进入模式： MACRO 000 FBO 062 TIME PROG WEEKLY n:01 23:00 OFF 关机时间 D:MTWTFSS W:12345 此时光标在n：01处闪动，操作方法与 开机时间设定操作一样。 待早上，晚上的开机时间和关机时间调整后按ESC键反回主模式注：施耐德控制器在控制面板中可调程序为以上两种，其他均不能调动
运动控制卡是一种基于PC机及工业PC机、用于各种运动控制场合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制单元。 运动控制卡是基于PC总线，利用高性能微处理器（如DSP）及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制的一种高性能的步进/伺服电机运动控制卡，包括脉冲输出、脉冲计数、数字输入、数字输出、D/A输出等功能，它可以发出连续的、高频率的脉冲串，通过改变发出脉冲的频率来控制电机的速度，改变发出脉冲的数量来控制电机的位置，它的脉冲输出模式包括脉冲/方向、脉冲/脉冲方式。脉冲计数可用于编码器的位置反馈，提供机器准确的位置，纠正传动过程中产生的误差。数字输入/输出点可用于限位、原点开关等。库函数包括S型、T型加速，直线插补和圆弧插补，多轴联动函数等。产品广泛应用于工业自动化控制领域中需要精确定位、定长的位置控制系统和基于PC的NC控制系统。具体就是将实现运动控制的底层软件和硬件集成在一起，使其具有伺服电机控制所需的各种速度、位置控制功能,这些功能能通过计算机方便地调用。现国内外运动控制卡公司有美国的GALIL、PAMAC，英国的翠欧，台湾的台达、凌华、研华，国内的雷赛、固高、乐创、众为兴等。 运动控制卡的出现主要是因为： （1）为了满足新型数控系统的标准化、柔性、开放性等要求； （2）在各种工业设备（如包装机械、印刷机械等）、国防装备（如跟踪定位系统等）、智能医疗装置等设备的自动化控制系统研制和改造中，急需一个运动控制模块的硬件平台； （3）PC机在各种工业现场的广泛应用，也促使配备相应的控制卡以充分发挥PC机的强大功能。 运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心，大多用于控制步进电机或伺服电机。一般地，运动控制卡与PC机构成主从式控制结
汽车电子控制系统 概述 第四章汽车电子控制系统概述第一节汽车电子技术的发展背景汽车既可作为生产运输的生产用品, 又可作为代步、休闲、旅游等消费用品, 汽车技术的发展是人类文明史的见证。随着社会、经济的发展, 汽车成为人类密不可分的伙伴。当然, 汽车的发展也带来了一些负面的影响, 如随着汽车保有量的增加, 交通条件、安全、环境污染也成了日益严重的问题。汽车的安全、环保和节能是当今汽车技术发展的主要方向。 一、安全、环保和节能推动了汽车技术的发展汽车的安全性是人类社会的一大祸害, 车辆的制动安全性、驱动安全性与行驶安全性是道路交通安全事故的三大主要根源。全世界每年由于交通事故死亡约50 万人, 排在人类死亡原因的第10位; 中国当前每年因交通事故死亡占全
国总死亡人数的 1.5%, 约每年10 万人。为此, 科技人员从汽车的主动安全性和被动安全性两个方面着手, 设计了防滑控制系统、车辆姿态控制系统、智能防撞预警与应急保护系统、碰撞后的保护系统等一系列电子控制装置。 HC 和NOx 混合在一起, 在强烈的阳光照射下, 会发生一系列光化学反应, 产生臭氧和各种化合物。臭氧( O3) 具有很强的氧化性和毒性。1963 年美国洛杉矶地区发生了光化学烟雾事件, 促使各国对大气污染的重视研究。据统计, 城市大气污染物一氧化碳( CO) 、碳氢化合物( HC) 和氮氧化物( NOx) 的主要污染源是汽车排气。因此, 世界各国都相继制订了日益严格的汽车排放物限制法规。另外, 随着汽车保有量的增加, 汽车噪声也是环境保护的重点治理对象。于是, 现代轿车普遍装有喷油与点火控制、废气再循环及三元催化等发动机尾气控制装置。人们还在降低机械噪声、隔振、隔音等方面进行了大量的实验与改进工作。 进入二十世纪70 年代, 全球的石油危机, 使汽车节能问题受到世界各国高度重视, 汽车耗油量被相应的法规限制, 并成为汽车报废的一个主要标志。到二十世纪末, 美国政府提出了耗油为3L/100km 的” 3 升车”计划。传统的化油器等发动机部件虽然有了很大的改进, 依然满足不了排放和油耗两大法规的要求。可见, 传统技术已无能为力, 只有采用汽油喷射及电子点火等易于应用的电子控制新技术, 才能有所突破。 二、电子信息技术的发展推进了汽车技术向集成与智能迈进汽车技术特别是汽车电子控制技术在世界较发达国家发展迅猛, 其先决条件是电子技术和计算机技术的迅猛发展。二十世纪物理学的革命, 促使半导体技术的迅速发展, 特别是集成电路( IC) 和大规模集成电路( LSI) 及超大规模集成电路( VLSI) 的发展, 使电子元件过渡到了功能块和微型计算机, 不但功能极强, 而且价格便宜, 可靠性好, 结构紧凑, 响应敏捷, 迅速推动了汽车电控技术的发展。
船舶运动控制概述 随着经济全球化的加剧，现代物流业飞速发展，市场对进出口的需求越发的加大，造成了与之相应的航运自动化的繁荣发展，各种新的控制算法不断地应用于传播控制以提高营运的经济效益。作为大连海事大学自动化专业的学生，我们有必要了解船舶相关的知识，包括船舶运动控制，船舶控制系统，船舶导航等的相关知识。并将储备的知识运用到以后的学习与工作中。 一、欠驱动船舶的控制器设计 首先我们先来聊聊船舶的驱动。由于船舶动力驱动结构具有非完整约束和典型的欠驱动特性,而且航行条件的变化、环境参数的严重干扰和测量的不精确性等又使船舶运动呈现出大惯性、长时滞、非线性等特点,采用传统的船舶控制方法已经不能满足控制要求,必须探索新的船舶控制方法。 欠驱动系统是指由控制输入向量空间的维数小于系统广义坐标向量空间维数的系统，即控制输入数小于系统自由度的系统[1]。欠驱动船舶模型一般都具有非线性运动方程的形式，欠驱动船舶模型一般都具有非线性运动方程的形式，欠驱动船舶模型一般都具有非线性运动方程的形式，约束都是不可积的微分表达式,属于非完整系统。 研究欠驱动船舶的控制器设计也具有非常重要的现实意义。一个欠驱动船舶以较少数目的驱动器来完成航行任务,降低了系统的费用及重量,提高了营运效益,同时也会因控制设备的减少而降低船舶机械故障的发生率,使系统运行更加稳定而易于维护。更为重要的是,欠驱动控制同时对船舶完全驱动系统提供了一种备份控制技术。如果全驱动系统遇故障不能正常运行时,可采用欠驱动船舶控制策略,利用仍在工作的控制器对船舶进行有效控制,增大设备出现故障时系统的可靠性。 正是由于上述原因,对欠驱动船舶的控制研究得到了广泛重视并成为控制领域的研究热点之一[2]。作为一种特殊的非线性控制方法,欠驱动船舶控制技术的发展目前还存在着很多问题,有待于更多的科技工作者致力于深入的研究。为了促进欠驱动船舶控制技术的发展,本文在查阅有关资料的基础上,对欠驱动船舶数学模型、控制方法及其发展做了较为详细的综述,并对该领域存在的问题以及可能的发展方向进行了探讨。 如果把船舶作为一个刚体来研究,则船舶的运动有六个自由度,称之为横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡。考虑常规船舶水平面运动的控制,所关心的主要是船舶在水面上的位置和航向,而且就低重心的普通船舶而言,垂荡、纵摇和横摇对其水平面运动影响甚微,可以忽略。因此水面船舶的六自由度运动就可以简化为沿x方向前进、y方向横移及绕z轴旋转(艏摇)的三自由度运动。由于船舶的推进装置仅装备有螺旋桨推进器和船舵,也就是说系统只有2个控制输入(前向推力和旋转力矩),但需要同时控制船舶在水平面运动的3个自由度,因此对常规船舶平面运动的控制研究可归结为欠驱动控制问题。 上述的船舶的控制问题 ,船的质量和阻尼矩阵都假定为三角阵 ,船舶模型参数和环境干扰的不确定性也被忽略 ,都是在理想的条件下对船舶进行镇定Π跟踪控制。
登封中专2018—2019学年上学期 机电三年级《机械设备控制技术》期中考试试题 班级: 学号: 姓名: 分数: 一、选择题（每小题2分，共40分。每小题中只有一个选项是正确的，请将正确选项的序号填在题后的括号内） 1．下列电器元件中，哪一个是属于低压配电电器（） A．交流接触器 B．主电器 C．转换开关 D．电磁铁 2．在电气控制线路中起到欠压和失压保护的是（） A．刀开关 B．时间继电器 C．交流接触器 D．热继电器 3．线圈失电时（） A．动合触头先闭合 B．动断触头先断开 C．动合、动断触头同时动作 D．动合、动断触头延时动作 4．在多少安以上的交流接触器通常设有灭弧装置（） A．10 B．20 C．21 D．11 5．中间继电器实质上是一种什么继电器（） A．电流继电器 B．电压继电器 C．时间继电器 D．温度继电器 6．热继电器是利用什么的热效应而使触点动作的保护电器（） A．电压 B．电流 C．电容 D．电感 7．三相异步电动机的旋转方向取决于三相电源的（） A．相续 B．电压 C．电流 D．频率 8．下列哪个电器元件只有常闭触点（） A．主令电器 B．热继电器 C．交流接触器 D．低压开关 9．（）表示各电器设备和各元器件之间的实际接线情况。 A．设备说明书 B．电气原理图 C．元器件布置图 D．安装接线图 10．在电气控制线路中起到过载保护的是（） A．刀开关 B．中间继电器 C．接触器 D．热继电器 11．电动机反接制动采用的以下哪个电压电器用来切断电源（） A．电压表B．电流表 C．速度继电器D．交流接触器 12．下列哪种制动是在电动机断开三相电源后，通入直流电（） A．反接制动 B．能耗制动 C．机械制动 D．电气制动 13．低压电器按用途和控制的对象不同可分为低压控制电器和（） A．自动电器 B．手动电器 C．低压配电电器 D．以上都不对 14．电气控制中，空气断路器的文字符号是（） A．KT B．KM C．SB D． QF 15．正常情况下，熔断器应当（）在被保护的电路中。 A．并联 B．串联 C．串联、并联均可D．以上说法都不正确 16．下列控制方法，常用于刀架快速移动的电动机控制的是（） A．顺序控制 B．多地控制 C．减速控制D．点动控制 17．下列不属于常用电气控制系统图的是 A．电气原理图B．元器件布置图C．控制电路图D．安装接线图 18．过电流继电器的整定电流通常是（）倍额定工作电流 A．1.1-- 4 B．1.2-- 4 C．1.3-- 4 D．1.5-- 4 19．电动机长动控制电路接通电源或按下起动按钮熔体立即熔断的故障原因，下列分析较合理的是（） A．转换开关损坏或接触不良B．熔断器的熔体烧断 C．冷却泵电动机已损坏D．电路短路 20．生产机械对异步电动机的要求是（） A．启动电流大启动转矩大 B．启动电流大启动转矩小 C．启动电流小启动转矩小 D．启动电流小启动转矩大 二、判断题（每小题2分，共20分。正确的，在题后括号内打“√”，错误的打“×”）1．常用的开关包括刀开关、行程开关、组合开关、自动开关。（） 2．熔断器主要是起过载保护作用的。（） 3．直接起动仅适用于小容量的异步电动机。（） 4．交流接触器的自锁触电应与起动按钮串联。（） 5．中间继电器实质上是一种电压继电器。（） 6．继电器是一种手动控制电器，接触器是一种自动控制电器。（） 7．继电器按用途分为控制继电器和保护继电器。（） 8．热继电器是在电路中具有短路保护作用。（） 9．速度继电器主要是用于电动机反接制动控制。（） 10．多地控制的原则是：动合触点要并联，动断触点要串联。（） 三、名词解释题（每小题2分，共6分） 1．低压电器 2．电气原理图
LXM23DU施耐德伺服控制器调试软件使用方法 第一步：完成现场设备接线，如下图1所示 图1 如图2所 示，在调试时 只需要接电机 主回路电源、 编码器接口 CN2、PC调试 接口CN3。 图2
注意： 1、伺服控制器进线端电源接AC220V，采用两线制接法(R/S/T三项 任选两项，L1、L2并接在其两项上) 2、伺服控制器上CN3接口是RJ45接口，为实现在PC机上完成参 数调试，需订购USB转232串口线，自己制作RS232转RJ45接头，制作方法如下图3： 图3
第二步：安装USB转232驱动和调试软件 图4 第三步：参数调试(参数调试时，一定要把Serve on打掉) 1、设备接线完成后，给控制器上电，然后打开调试软件。 图5 2、进入调试软件后，点击图标，连接调试软件和伺服控制器。如果连接成功，会显示对接状态。
图6 3、然后点击--参数初始化精灵--图标，进入页面编辑： ① 选择—Pr：位置控制模式(内部任务) ② 设定DI输入定义，共8个DI口：伺服启动、异常重置、 复归原点、回归原点启动、命令触发、内部存储位置命令 0~2(3个点)。其中a接点代表常开点(选择常开)、b接点代表 常闭点。 3 1 2
参数配置完毕，点击图标，把参数载入控制器。 4、点击进入Pr—mode—编辑，编辑相关参数，调试时复归方式X： 4，实际测试时复归方式X：7。可以修改复归原点的速度：P5-05、P5-06，修改完成后一定要下载。 注：在修改完参数下载的过程中，如果参数没有下载进去，会 有*提示错误，例如： 此时，就要对修改参数进行重新下载。 5、伺服控制调试共有5种位置：000 001 010 011 100
选型指南 应用 模块 功能 可实现的最高安全等级 遵守的标准 产品认证 电路数量 显示屏 输入电压 安全通道数 辅助通道数 安全解决方案 Preventa 安全控制器 同时监控2个独立安全功能的控制器。 用户从15个组态中选择2个功能，从控制器正面可编程。 p 急停监控 p 开关监控 p 使能开关监控 p 感应地毯或边缘监控 p 光幕监控，继电器输出类型 p 等等 EN ISO 13849-1标准的PL e/4类, EN/IEC 61508和EN/IEC 62061标准的SILCL 3 EN/IEC 60204-1, EN/IEC 60947-1, EN/IEC 60947-5-1 UL, CSA, TüV 6 NO （3 NO/功能） 向PLC 发送信号的3个固态输出 12个LED c 24 V 通讯 CANopen 总线 – 模块型号 页码 16 Pro bus 总线 Modbus 总线 – – XPS MP 38784/2
可以使用软件组态的控制器，用于多个独立的安全功能：使用在Windows 上运行的组态软件选择安全功能（16或32个输入和8个独立安全输出） p 急停监控 p 限位开关监控 p 双手控制监控 p 安全光幕监控，带/不带“静音”功能 p 使能开关监控，编码磁开关监控 p 安全地毯监控 p 液压机电磁阀监控 p 偏心压机的上死点的安全停止器监控。零转速检测 p 液压机监控 p 偏心压机监控 p 脚踏开关监控 p 链轴断裂监控 p 安全工具 p 位置选择器 EN ISO 13849-1标准的PL e/4类, EN/IEC 61508和EN/IEC 62061标准的SILCL 3 EN/IEC 60204-1, EN 1760-1/ISO 13856-1, EN/IEC 61496-1, EN 574/ISO 13851, EN/IEC 60947-1, EN/IEC 60947-5-1 UL, CSA, TüV 4 NO （2 NO/功能）+ 6固态 1个“静音”信号输出 正面LED 显示屏 c 24 V 通过SUB-D 9芯针型连接器，仅用于XPS MC16ZC 和XPS MC32ZC 通过SUB-D 9芯孔型连接器，仅用于XPS MC16ZP 和XPS MC32ZP 通过RJ45连接器，用于所有控制器XPS MCppZp XPS MC 38789/2 17