高校在伺服运动控制领域教学的一些应用

南京化工职业技术学院

毕业论文设计

题目：基于PLC的伺服系统的运动控制系统设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作 者 签 名： 日 期：

指导教师签名： 日 期：

使用授权说明

本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名： 日 期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名： 日期： 年 月 日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

伺服控制系统课程作业

现代伺服系统综述

指导教师：

学 生：

学 号：

专 业：

班 级：

完成日期：

摘要

在自动控制系统中，把输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为伺服系统。伺服系统也叫位置随动系统，以精确运动控制和力能输出为目的，综合运用机电能量变换与驱动控制技术、检测技术、自动控制技术、计算机控制技术等，实现精确驱动与系统控制。伺服系统主要包括电机和驱动器两部分，广泛用于航空、航天、国防及工业自动化等自动控制领域。伺服系统按其驱伺服控制系统考核摘要

动元件划分有步进式伺服系统、直流电动机伺服系统和交流电动机伺服系统。随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术、电机永磁材料制造工艺的发展及电力电子、控制理论的应用，交流电动机伺服系统近年来获得了迅速发展，广泛用于工业生产的各个领域，如数控机床的进给驱动和工业机器人的伺服驱动等。因此，在相当大的范围内，交流电动机伺服系统取代了步进电动机与直流电动机伺服系统，时至目前，具备了宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，其动、静态特性已完全可与直流伺服系统相媲美，已成为伺服系统的主流。

关键词：伺服系统 自动控制 驱动元件

伺服控制系统考核正文

1

1 伺服系统的发展阶段

伺服系统的发展与它的驱动元件——伺服电动机的不同发展阶段相联系，并结合老师在第一章所讲的伺服系统分类的知识，伺服电动机至今经历了三个主要的发展阶段。

（1）第一个发展阶段（20世纪60年代以前）：步进电动机开环伺服系统；

伺服系统的驱动电机为步进电动机或功率步进电动机，位置控制为开环系统。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，两相混合式步进电机步距角一般为 3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°；

步进电机存在一些缺点：在低速时易出现低频振动现象；一般不具有过载能力；步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转现象，停止时转速过高易出现过冲现象。

运动控制模块在　直流无刷电机伺服系统中的应用鲁思慧　

运动控制及系统简介　运动控制（包括轨迹控制、伺服控　制）与顺序控制、过程控制、传动控制　并列为典型的控制模式，是一直以来扮　演重要支柱角色的自动控制系统。它在　许多高科技领域得到了非常广泛的应　用，如激光加工、机器人、数控机床、大　规模集成电路制造设备、雷达、各种军　用武器随动系统以及柔性制造系统　（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ，ＦＭＳ）　等。运动控制系统的组成主要由５部分　构成，见图示。其运动控制芯片或模块　是作为伺服与步进控制用。　图中可见Ｐｏｗｅｒ　Ｄｒｉｖｅｓ（传动装置）　将运动控制模块与特定应用电机、编码　器、限制器、用户（运动）Ｉ／ｏ连接在一　起。用一根控制电缆连接运动控制模块　与Ｐｏｗｅｒ　Ｄｒｉｖｅｓ，为全部的命令集与反　

用　馈信号提供一个通道。当Ｐｏｗｅｒ　Ｄｒｉｖｅ的　性能不能满足应用需要时，用户还可选　择通用运动接口（ＵＭＩ）螺丝接线端子附　件，与第三方电机和驱动器／放大器连　接。因为一般盛行解决方案均为封闭式　结构系统，所以基于计算机的运动解决　方案所拥有的附加灵活性及低成本潜力　使其受到普遍欢迎。　随着功率电子、微电子、计算机及　控制技术的进步，以交流伺服电动机为　执行电动机的交流伺服驱动具有可与直　流伺服驱动相比拟的特性，从而使交流　伺服电动机固有优势得到充分发挥，交　流伺服驱动已成为现代伺服驱动发展　的方向。交流伺服技术自２０世纪９０年　代初发展至今，技术日臻成熟，性能不　断提高，现已广泛应用于数控机床、印　刷包装机械、纺织机械、自动化生产线　等自动化领域。为用户提高加工精度和　

圈Ｉ　运动控翻系统组成示意框图　ｌｌＡ　Ｖｏ１．１Ｏ　Ｎｏ．８　８・２ＯＯ６　关键词：运动控制模块接收电路　正交编码器反馈与接口　鲁思慧先生．艾伦电气自动化技术有限公司　高级工程师。　一　工艺水平，取得良好经济技术效益，提　供最佳的解决方案。　而当今的应用，迫切需要的是可在　苛刻复件下．一天２４　ｈ连续工作、可靠　耐用的工业机器人和自动机械装置。今　天的大多数性能改进要归功于新技术和　微电子技术的发展。这些创新消除了机　器人和自动机械装置共用工作空间时产　生的碰撞，改进了任务分配，并提高　了伺服系统精确性，从而使自动机械系　统更加可靠地工作。由于运动控制芯片　或模块是能为一般伺服与步进应用提供　精确、高性能的运动功能，所以简单　易用的运动控制模块、软件、以及外设　可为运动和测量集成需求提供最佳的　集成解决方案。本文着重讨论运动控制　模块在直流无刷电机伺服系统中的应　用，并对其主要运动控制模块的接收电　路与正交编码器信号电缆技术作分析说　明。　二运动控制模块的应用　——直流无刷电机伺服系统　——且流尢刷电矶１＿Ｊ服糸统　

运动控制技术及应用设计

运动控制技术是一种能够控制运动参数、速度、角度、轨迹等的技术，广泛应用于工业、机械、航空、医疗、电子以及体育等领域。运动控制系统主要包括传感器、控制器、执行器和运动控制算法等四个部分。下面将结合工业机械应用设计实例，具体介绍运动控制技术及其应用设计。

一、运动控制技术详解

1. 传感器

传感器是运动控制系统中的输入信号设备，能够将机械设备的各种运动参数、状态等转换成电信号输出。传感器种类繁多，常见的有位移传感器、角度传感器、加速度传感器、力传感器等。通过传感器的采集，可以实时获取机械设备的运动参数，并将这些数据传输给控制器进行控制。

2. 控制器

控制器是运动控制系统中的中央处理设备，负责接收并处理来自传感器的数据，根据预设的运动参数控制机械设备的运动状态。控制器常见的类型有PLC（可编程逻辑控制器）、DSP（数字信号处理器）、FPGA（现场可编程门阵列）等。控制器通过内部运动控制算法处理输入信号，输出控制指令，控制机械设备的运动。

3. 执行器

执行器是运动控制系统中的输出信号设备，负责将控制器输出的控制指令转换成机械设备的运动状态。执行器种类多样，常见的有电机、伺服电机、步进电机、液压/气动执行器等。通过执行器的输出，可以精确控制机械设备的运动。

4. 运动控制算法

运动控制算法是运动控制系统中的核心部分，负责控制机械设备运动的各种参数，如位置、速度、角度等，实现控制目标。常见的运动控制算法包括比例积分微分（PID）控制算法、位置伺服控制算法、多轴插补控制算法等。不同的运动控制算法适用于不同的机械设备及其运行状态，需要根据具体需求进行选择和优化。

二、工业机械应用设计实例

以钣金切割机器人为例介绍运动控制技术及应用设计。

钣金切割机器人是一种能够自动完成钣金切割加工的工业机器人，通常需要通过运动控制技术进行控制。具体实现过程如下：

1. 采集数据

借助位移传感器、角度传感器等传感器，采集切割机器人的各种运动参数，包括位置、速度、角度等。将这些数据传输给控制器，供控制器进行处理。