二維加速度矢量轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　摘 要：轉(zhuǎn)臺在航天航空領(lǐng)域中多用于對地面半實物進行實時仿真和測試，是一種很關(guān)鍵的硬件設(shè)備，利用轉(zhuǎn)臺可以模擬飛行器的空中姿態(tài)，獲取其制導系統(tǒng)，控制系統(tǒng)以及相應(yīng)器件的各種實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)試驗參數(shù)進行重新設(shè)計和改進，達到預(yù)期效果。在軍事領(lǐng)域，雷達天線的自動瞄準跟蹤控制，高射炮，導彈發(fā)射架的瞄準運動控制，坦克，軍艦的炮塔運動控制等都是基于二維轉(zhuǎn)臺的運

2、動控制，所以對其進行研究有重要的現(xiàn)實意義。在工業(yè)制造行業(yè)，越來越多的機械手被應(yīng)用進來，而轉(zhuǎn)臺為其提供了很好的自由度。所以說，轉(zhuǎn)臺性能的好壞直接關(guān)系到仿真實驗的可靠性和置信度，是保證航空航天系列產(chǎn)品及武器系統(tǒng)精度和性能的基礎(chǔ)，在航天工業(yè)和國防建設(shè)的發(fā)展中具有重要的意義。</p><p>　　本課題研究的二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)正是對引信模擬試驗臺的控制部分進行研究，主要包含主軸調(diào)速控制和運動控制。首先進行了控制方案設(shè)

3、計，控制流程設(shè)計，然后通過對控制器件的選擇進一步改進控制方案，最后，通過上位機軟件實現(xiàn)了遠程監(jiān)控。調(diào)試和測試結(jié)果表明該系統(tǒng)符合設(shè)計要求。</p><p>　　關(guān)鍵字：飛行模擬仿真轉(zhuǎn)臺，伺服系統(tǒng)，PMAC，Delphi控制界面</p><p>　　Design of the control system for Two-dimensional Turntable</p><

4、;p>　　Abstract: In the aerospace field, Turntable, which is a key hardware, is used for real-time simulation and testing on Hardware-in-the-loop (HWIL). We can use a turntable to simulate the attitude of the aircraft

5、in the air for its guidance system, control systems and lots of experimental data about the devices which is expected. Based on such parameters, we re-design and improve it to achieve the expected effect. In the milita

6、ry field, anti-aircraft guns, the Automatic target tracking control </p><p>　　This topic on the acceleration turntable control system of two-dimensional discuss the control system of the simulation test bed

7、of the missile launchers. It is Consists mainly of the control of Variable frequency motor and Servo motor. Firstly, I design the Control scheme and the control Process. then choose the control devise and improve the sch

8、eme.finally, I use the PC interface to complete the process of Control simulation</p><p>　　Keyword：The simulation turntable for flight，Servo motor，PMAC，The interface of delphi</p><p><b>　　

9、目 錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景意義和目的1</p><p>　　1.2 仿真實驗轉(zhuǎn)臺國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1 國外仿真轉(zhuǎn)臺的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.2

10、 國內(nèi)仿真轉(zhuǎn)臺的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 論文結(jié)構(gòu)安排 ........................................................ 3</p><p>　　2 轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計4</p><p>　　2.1 試驗轉(zhuǎn)臺的構(gòu)成4</p><p>　　2.2 仿真轉(zhuǎn)臺的控制

11、系統(tǒng)4</p><p>　　2.2.1 伺服控制系統(tǒng)4</p><p>　　2.2.2 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)5</p><p>　　2.3 系統(tǒng)工作原理5</p><p>　　3 二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計7</p><p>　　3.1 變頻電機控制系統(tǒng)的設(shè)計7</p><p

12、>　　3.1.1 變頻電機系統(tǒng)的硬件設(shè)計7</p><p>　　3.1.2 交流變頻調(diào)速電機7</p><p>　　3.1.3 EV3000 變頻器8</p><p>　　3. 2 基于 PMAC 伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計9</p><p>　　3.2.1 伺服控制系統(tǒng)硬件設(shè)計9</p><p>　

13、　3.2.3 伺服驅(qū)動器12</p><p>　　3.2.4 伺服電動機13</p><p>　　3.3 本章小結(jié)15</p><p>　　4 試驗臺控制系統(tǒng)軟件部分研究16</p><p>　　4.1 PMAC 卡 PID 運動控制算法參數(shù)調(diào)整16</p><p>　　4.2 PMAC 軟件編程1

14、7</p><p>　　4.3 變頻調(diào)速電機控制方式19</p><p>　　4.3.1 變頻器通信協(xié)議19</p><p>　　4.3.2 控制程序編寫22</p><p>　　4.4 上位機控制界面設(shè)計27</p><p>　　4.5 二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)工作過程簡述29</p>

15、<p>　　4.6 二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)工作流程31</p><p>　　4.7 本章小結(jié)32</p><p><b>　　5 結(jié)論33</b></p><p>　　參 考 文 獻：34</p><p><b>　　致 謝36</b></p><p

16、><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景意義和目的</p><p>　　航空、航天和航海工業(yè)的發(fā)展水平是一個國家科技能力、國防實力和綜合國力的重要標志。航空、航天和航海技術(shù)不但在國防軍事領(lǐng)域中具有舉足輕重的地位，在民用領(lǐng)域也有著相當重要的意義。神舟號系列宇宙飛船的成功飛行、同步通訊衛(wèi)星的準確定位、導彈的精確定位和遠洋船只的安全航行

17、等等，這些都是因為使用了高精度的慣性導航與制導技術(shù)。慣性導航與制導系統(tǒng)是個復雜的系統(tǒng)，慣性元件精度的高低在很大程度上又決定了慣性導航與制導系統(tǒng)精度的高低。為此世界各國都投入了大量的人力和物力來研究如何提高慣性元件的精度，進而不斷提高慣性導航與制導系統(tǒng)的精度。目前，在軍事領(lǐng)域，武器系統(tǒng)的控制正在向高精尖準發(fā)展，其自動化程度越來越高。而轉(zhuǎn)臺作為其中一個基礎(chǔ)器件，對于其控制的研究有著非同尋常的作用。目前，在各個科研或高校單位中，實驗轉(zhuǎn)臺作為航

18、海航天等領(lǐng)域中進行模擬、仿真、測試的關(guān)鍵設(shè)備，在科學試驗過程中起到重要作用。它可以真實地復現(xiàn)被測器件在不同自由度方向的運動特征，從而對被測器件的性能進行模擬測試，獲得試驗數(shù)據(jù)，檢驗被測系統(tǒng)或部件是否達到整體設(shè)計的性能指標。炮塔，坦克，導彈發(fā)射架都是轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)，要想這些設(shè)備具有良好的性能，大量的數(shù)據(jù)</p><p>　　本課題研究的二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)正是基于以上各種經(jīng)濟、安全、高效等各方面的考慮，利用二維轉(zhuǎn)臺

19、的控制特性，從二維空間進行導彈發(fā)射和炮塔運動環(huán)境的地面模擬，相對來說，控制精度高，模擬較為逼真，很有實用價值，對航空航天和國防發(fā)展有重大作用！</p><p>　　1.2 仿真實驗轉(zhuǎn)臺國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 國外仿真轉(zhuǎn)臺的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　世界上的第一臺轉(zhuǎn)臺是1945年由美國麻省理工學院儀表實驗室研制成功的，定為A型轉(zhuǎn)臺，采用

20、普通滾珠軸承，用交流力矩電機驅(qū)動，角位置測量元件采用滾珠與微動開關(guān)，由于采用的元件精度比較低，加上沒有經(jīng)驗可以借鑒，該轉(zhuǎn)臺存在許多缺點，精度也只能達到角分級，實際上沒有投入使用。之后，麻省理工學院經(jīng)過多年的改進和研究，先后成功研制出B型轉(zhuǎn)臺、C型轉(zhuǎn)臺和D型轉(zhuǎn)臺[7]。六十年代后，高精度的電機和高分辨率的測量元件出現(xiàn)，人們開始對轉(zhuǎn)臺的重要部件如軸承、驅(qū)動馬達和監(jiān)測元件進行了系統(tǒng)的改進，研制成功了專用于轉(zhuǎn)臺的空氣軸承和液壓軸承，將轉(zhuǎn)臺的技術(shù)

21、水平推向了一個新臺階[8]。隨后，美國的歐思一伊利諾斯公司的菲克系統(tǒng)分公司又研制出了T-800型伺服轉(zhuǎn)臺，它標志著美國的轉(zhuǎn)臺設(shè)計己經(jīng)達到了一個新水平。同時誕生了一些專業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)臺的公司，如美國的CGC公司、Carco公司、德國的MBB公司等[9]。</p><p>　　CGC公司于1969年有兩個精密儀器公司合并而成，1974年，美國的歐文斯---伊利諾斯公司的菲克系統(tǒng)分公司并入CGC公司，從此，飛行仿真轉(zhuǎn)臺的研制

22、進入了一個高速發(fā)展階段。20世紀80年代，CGC公司又研制改進了轉(zhuǎn)臺ITATT， 用來測量高精度慣性制導與導航系統(tǒng)。ITATT型轉(zhuǎn)臺的許多性能指標代表了當時轉(zhuǎn)臺技術(shù)發(fā)展的最高水平，設(shè)計中采用的許多新技術(shù)和新措施對后來的轉(zhuǎn)臺發(fā)展來說具有較強的指導意義[10]。當前，由于美國的海陸空軍和民用部門應(yīng)用慣性系統(tǒng)越來越多，對陀螺精度要求也越來越高，因此轉(zhuǎn)臺的研制進入了一個飛速發(fā)展時期。目前轉(zhuǎn)臺多采用力矩電機直接驅(qū)動和計算機控制，精度和性能已經(jīng)達到

23、了很高的水平[11]。在國際上，由于慣性制導技術(shù)受到世界上技術(shù)先進國家和發(fā)展中國家的普遍重視，所以美國、俄羅斯、英國、法國、瑞士、中國、印度等國都投入了大量的資金和人力從事轉(zhuǎn)臺的研制。其中，美國的轉(zhuǎn)臺研究一直處于世界領(lǐng)先水平，其次，德、英、法和瑞士等國研制的轉(zhuǎn)臺也具有一定代表性，性能和質(zhì)量僅次于美國[12]。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)仿真轉(zhuǎn)臺的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　我

24、國的轉(zhuǎn)臺研制雖然比發(fā)達國家起步晚，但這些年來也取得了一定的成就，特別是近幾年來，轉(zhuǎn)臺的研制得到了很大的發(fā)展。我國在20世紀60年代自主研發(fā)和制造了第一臺液壓飛行仿真轉(zhuǎn)臺，為我國早期飛行器控制和制導系統(tǒng)的發(fā)展做出了巨大的貢獻[13]。進入80年代后，我國將數(shù)字控制引入到了轉(zhuǎn)臺控制中，用軟件實現(xiàn)了復雜控制規(guī)律，參數(shù)調(diào)整也比模擬控制器方便，將我國的轉(zhuǎn)臺研究開發(fā)帶入了一個新的時代[14]。1990年，中航303所研制成功了SGT 1型三軸捷聯(lián)慣

25、導測試轉(zhuǎn)臺，這是我國第一臺計算機控制的高精度三軸慣導測試臺[15]。進入90年代以來，轉(zhuǎn)臺的研制進入了數(shù)字和模擬的要求也越來越高，這就對轉(zhuǎn)臺的設(shè)計和整定提出了更高的要求。目前，國內(nèi)也有很多研究機構(gòu)和高校在從事轉(zhuǎn)臺的研究與開發(fā)，例如哈爾濱工業(yè)大學、南京航空航天大學等。1979年哈爾濱工業(yè)大學、441廠和6354所研制成功了我國第一臺TPCT-I型兩軸轉(zhuǎn)臺─7191雙軸空氣軸承轉(zhuǎn)臺，1983年有13所研制出了SSFT型轉(zhuǎn)臺，是我國當時最大的

26、兩軸轉(zhuǎn)臺。1985年有哈爾濱工業(yè)大學研制出了DPCT型轉(zhuǎn)臺，曾為我國第轉(zhuǎn)臺發(fā)展一臺計算機控制的飛行仿真轉(zhuǎn)臺。1987年</p><p>　　總體來看，我國的轉(zhuǎn)臺發(fā)展起步較晚，但發(fā)展較快，目前我國在轉(zhuǎn)臺水平已處于國際九十年代初期水平[16]。</p><p>　　1.3 論文結(jié)構(gòu)安排</p><p>　　仿真轉(zhuǎn)臺設(shè)計涉及了很多的控制技術(shù)，包括基本的運動控制、高精度的伺

27、服控制、高轉(zhuǎn)速的變頻控制、多軸控制等等，因此轉(zhuǎn)臺控制技術(shù)是一種很關(guān)鍵的技術(shù)。本論文的內(nèi)容包含以下幾個部分：</p><p>　　第一章說明了課題研究的背景意義和目的，指出了仿真轉(zhuǎn)臺在軍事國防和國民經(jīng)濟建設(shè)中的廣泛應(yīng)用和重要性。對轉(zhuǎn)臺的發(fā)展歷程做了簡述，指明了我們的轉(zhuǎn)臺研究情況，突出了該設(shè)計的意義和目的。</p><p>　　第二章對于該課題的控制方案做了總體設(shè)計，涵蓋了系統(tǒng)工作原理、控制系

28、統(tǒng)整體框圖、以及各部分的構(gòu)成及主要功能。</p><p>　　第三章對于控制系統(tǒng)的硬件進行了詳細介紹。包括器件的選型、工作原理、優(yōu)缺點及性能表。</p><p>　　第四章介紹了系統(tǒng)的軟件控制。包括軟件算法、控制規(guī)律、編程語言、上位機的控制命令及變頻器的通信協(xié)議。</p><p>　　第五章對全文進行了總結(jié)。對該設(shè)計做了全面概述，同時對系統(tǒng)存在的不足和改進之處進行了

29、說明。</p><p>　　2 轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計</p><p>　　2.1 試驗轉(zhuǎn)臺的構(gòu)成</p><p>　　本試驗轉(zhuǎn)臺由主控計算機，變頻調(diào)速系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)，減速機構(gòu)，主轉(zhuǎn)軸及滑環(huán)構(gòu)成。本設(shè)計的主體部分為伺服系統(tǒng)和變頻調(diào)速系統(tǒng)控制，驅(qū)動方式采用電氣驅(qū)動。各部分功能介紹：</p><p>　　控制臺：主要是主控計算機和監(jiān)控顯示

30、系統(tǒng)。利用主控計算機向轉(zhuǎn)臺發(fā)控制指令，而后將采集的數(shù)據(jù)通過監(jiān)控系統(tǒng)顯示。</p><p>　　變頻調(diào)速電機：提供主軸的動力，使得主轉(zhuǎn)臂獲得期望的合成加速度，也就是主轉(zhuǎn)臂上試品的合加速度。</p><p>　　伺服電機：控制試件的位置角度，來達到期望的加速度。</p><p>　　減速器：通過該機構(gòu)將變頻電機提供的水平方向的動力轉(zhuǎn)換成垂直方向，供給主軸。</p&

31、gt;<p>　　主軸及滑環(huán)：數(shù)據(jù)通信和電氣連接通道。</p><p>　　二維加速度矢量轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)框架圖見圖2.1:</p><p>　　圖2.1 二維加速度矢量轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)框架圖</p><p>　　2.2 仿真轉(zhuǎn)臺的控制系統(tǒng)</p><p>　　2.2.1 伺服控制系統(tǒng)</p><p>

32、　　伺服控制系統(tǒng)可以用來變換試品的位置角度，將試驗轉(zhuǎn)臺產(chǎn)生的合加速度根據(jù)二維矢量分配原則分配到試品的X軸和Y軸。 伺服控制系統(tǒng)由工業(yè)控制計算機（研華工控機）、可編程多軸運動控制卡(PMAC)、伺服電機驅(qū)動器、伺服電機等組成。該流程是這樣運作的：從研華工控機（IPC）上利用控制系統(tǒng)編程軟件將指令發(fā)送到可編程多軸運動控制卡(PMAC)，再由可編程多軸運動控制卡(PMAC)將命令傳送到伺服電機驅(qū)動器，伺服電機驅(qū)動器控制伺服電機按指令進行運動，

33、來實時適配試品的位置角度。伺服系統(tǒng)內(nèi)部具有試品矢量角位置反饋裝置（反饋元件為安裝在伺服電機內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變壓器），而其內(nèi)部的反饋裝置旨在提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度和位置精度。</p><p>　　2.2.2 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)</p><p>　　該系統(tǒng)能夠?qū)χ鬓D(zhuǎn)臂進行轉(zhuǎn)速控制，產(chǎn)生合成加速度。按照試件的加速度要求，計算出變頻電機的轉(zhuǎn)速，讓變頻調(diào)速電機按一定的頻率轉(zhuǎn)動，通過減速機構(gòu)將其轉(zhuǎn)變成主軸的

34、動力，同時與其相連的主轉(zhuǎn)臂能夠獲得所期望的合加速度。利用主控計算機發(fā)出的指令來控制變頻器的頻率（此環(huán)節(jié)需使用RS485協(xié)議進行通信）和主轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速。主旋轉(zhuǎn)軸上安裝的光學編碼器作為反饋元件，采用PID控制規(guī)律，形成閉環(huán)控制。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　系統(tǒng)工作時，轉(zhuǎn)臺的合成角加速度為A，距離軸心1m處的固定試品的法向加速度Ar（指向軸心）和切向加速度At

35、（垂直主轉(zhuǎn)臂）。根據(jù)矢量合成原理，Ax+Ay=Ar+At，兩個方向的合加速度A即主轉(zhuǎn)臂的加速度。再將這個合加速度A在試品上按試品的X（規(guī)定X向為試品軸線方向）和Y向分解，這兩個加速度是我們可以進行控制的。X軸與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)臂的切向夾角Φ變化時，X向和Y向加速度也會隨之變化。而合加速度只與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)速有關(guān)，因此，通過變頻電機調(diào)速電機控制主轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和伺服電機控制試件的矢量角Φ就可以得到實驗需要的X向和Y向加速度。這些過程均是在算法下進行，需要編

36、制程序，按一定的算法計算出合加速度，再將其進行分解。也就是說，程序的實現(xiàn)過程，正好是實驗原理的逆向過程。系統(tǒng)工作原理示意圖如圖2.2所示：</p><p>　　圖2.2 二維加速度矢量轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)工作原理圖</p><p>　　該二維加速度轉(zhuǎn)臺主要靠變頻調(diào)速電機和伺服電機相互配合實現(xiàn)的，由伺服電機系統(tǒng)改變試品位置角度和由變頻調(diào)速電機提供動力的方式，使試品切向加速度基本保持為零，法向加速

37、度為設(shè)定值。根據(jù)其工作原理 Ax+Ay=Ar+At 可知，在整個試驗過程中，需要提供兩方面條件才能實現(xiàn)試品所需要的加速度值：一個是由變頻調(diào)速電機控制主轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)動速度即電機的轉(zhuǎn)動頻率，另一個由伺服電機來調(diào)節(jié)試品的轉(zhuǎn)角即以試品軸心為坐標系的X向和主轉(zhuǎn)臂垂直方向的夾角。</p><p>　　3 二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　試驗轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的主體硬件由試驗轉(zhuǎn)臺的變頻調(diào)速

38、電機控制系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)組成。本章分小節(jié)介紹系統(tǒng)硬件組成及其器件選型和技術(shù)參數(shù)。</p><p>　　3.1 變頻電機控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　3.1.1 變頻電機系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　變頻電機控制系統(tǒng)由控制主體工控機、變頻器和交流電動機三部分組成。硬件結(jié)構(gòu)中工控機是主控單元。由于變頻器和工控機的通信接口不同，要使得使工控機與變頻器之間

39、能夠通信，需要安裝一個轉(zhuǎn)換接口，工控機就可以通過RS232/RS485 轉(zhuǎn)換接口連接到變頻器，通過控制變頻器進而間接控制變頻電機，變頻電機驅(qū)動轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，光電編碼器把電機轉(zhuǎn)動信息反饋給變頻器。所以我們可以將該控制流程概括為：上位機發(fā)送通信命令控制變頻器，變頻器響應(yīng)命令驅(qū)動電機使轉(zhuǎn)臺動作，編碼器把反饋信息回傳給變頻器。該系統(tǒng)中的工控機機采用研華（ADVANTECH）工控機，變頻器選型為艾默生 EV3000 變頻器，變頻調(diào)速電機為嘉興巨能電機

40、廠生產(chǎn)的 YVP 系列變頻調(diào)速三相異步電動機。</p><p>　　3.1.2 交流變頻調(diào)速電機</p><p>　　當極對數(shù)不變時，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電源頻率成正比，因此，連續(xù)的改變供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。 異步電動機變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速平滑性能好、機械特性較硬 的優(yōu)點，可方便地實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，整個調(diào)速特性與直流電動機調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速十分相

41、似，并可與直流調(diào)速相比美。YVP變頻調(diào)速電機（全稱：YVP系列變頻調(diào)速異步電動機）是一種變更供電頻率，達到電機調(diào)速的目的，它依據(jù)的原理（公式）：n=60f/p 。由上述公式看出，當電機極數(shù)（p）一定時，頻率變更，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電源頻率成正比，因此，連續(xù)的改變供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。變頻電機必須與變頻器配合使用。異步電動機變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速平滑性能好、機械特性較硬 的優(yōu)點，可方便地實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功

42、率調(diào)速，整個調(diào)速特性與直流電動機調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速十分相似，并可與直流調(diào)速相比美。目前國際上普遍采用變頻調(diào)速，因為變頻調(diào)速有以下優(yōu)點： 效率高、節(jié)能顯著，調(diào)速平滑能在5-100HZ范圍內(nèi)無級調(diào)速，低頻起動時力矩參負載沖擊小，起動電流小，不用附加起動設(shè)備，應(yīng)用范圍廣，在50HZ以下可作恒轉(zhuǎn)</p><p>　　系統(tǒng)的變頻電機采用嘉興巨能電機廠生產(chǎn)的YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動機YVP-280S-8，該電動機調(diào)速范

43、圍寬、振動小、噪聲低、能與各種 SPWM 變頻裝置相配套，構(gòu)成交流變頻無級調(diào)速系統(tǒng)，直接使用三相交流電源。低速時（頻率＜50HZ）能在1：10范圍內(nèi)作恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速運行且運行平穩(wěn)，無轉(zhuǎn)矩脈動現(xiàn)象，并具有較高的起動轉(zhuǎn)矩和較小的起動電流[18]。電動機高速能輸出恒功率特性。YVP 系列變頻調(diào)速電動機與變頻裝置構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)與其他調(diào)速方式相比，具有節(jié)能效果明顯、控制簡單、調(diào)速性能好、調(diào)速精度高、調(diào)速比寬、快速響應(yīng)性優(yōu)良、應(yīng)用范圍廣、性價比高等優(yōu)點

44、，是目前交流調(diào)速方案中最先進的系統(tǒng)之一。實物如圖3.1：</p><p>　　圖3.1 嘉興巨能YVP 系列變頻調(diào)速三相異步電動機</p><p>　　變頻調(diào)速電機參數(shù)如表3.1:</p><p>　　表3.1 變頻調(diào)速電機參數(shù)</p><p>　　3.1.3 EV3000 變頻器</p><p>　　EV3000系

45、列變頻器是美國艾默生公司生產(chǎn)的高品質(zhì)、多功能、低噪音的矢量控制通用變頻器。通過對電機磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制，實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)和準確控制，能以很高的控制精度進行寬范圍的調(diào)速運行和轉(zhuǎn)矩控制。先進的控制算法，優(yōu)化PWM輸出，超強的過載能力，實時負載監(jiān)控，快速響應(yīng)，客戶自定義密碼，支持參數(shù)快速恢復，完善的故障保護，支持應(yīng)急運行，豐富應(yīng)用功能，豐富的應(yīng)用接口，便捷應(yīng)用，強大的組網(wǎng)功能例如RS-485網(wǎng)絡(luò)和PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，功

46、能強大的EV3000后臺監(jiān)控軟件，人性化的操作面板，可通過延長電纜，實現(xiàn)遠程操作 ，運行頻率、電壓、電流、線速度、功率等多參數(shù)在線顯示[19]。使用該變頻器使得系統(tǒng)的保護功能得到了進一步加強，具有過壓、過流、欠壓、斷路及短路等保護功能；實現(xiàn)了無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬，特性曲線好，控制精度高，節(jié)能效果好。實物如圖3.2：</p><p>　　圖3.2 EV3000變頻器</p><p>　　表3

47、.2 EV3000變頻器參數(shù)</p><p>　　3. 2 基于 PMAC 伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　3.2.1 伺服控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 </p><p>　　伺服系統(tǒng)主要用于試品的位置控制，實現(xiàn)試品運動時的角度跟蹤。矢量轉(zhuǎn)臺伺服控制系統(tǒng)由工控機（IPC）、可編程多軸運動控制器（PMAC）、伺服電機驅(qū)動器、伺服電動機、二維加速度計等組成[20]。&l

48、t;/p><p>　　該控制系統(tǒng)設(shè)計的伺服運動控制器選擇 Delta Tau 公司生產(chǎn)的Turbo PMAC PCI Lite控制卡，主控芯片是32位浮點運算處理器DSP芯片，通過 PCI 總線與計算機相連，與伺服驅(qū)動器之間采用 RJ45 連接器進行連接，可以實現(xiàn) 100Mbps 的實時數(shù)據(jù)通信，通過以太網(wǎng)可以實現(xiàn)位置、速度、加速度等信號的遠程數(shù)據(jù)傳輸。伺服驅(qū)動器選擇Kollmorgen公司SERVOSTAR系列無刷

49、伺服驅(qū)動器S620，內(nèi)部包括三個控制回路，從內(nèi)到外依次是電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)。電流環(huán)和速度環(huán)的作用是提高系統(tǒng)的剛度從而抑制系統(tǒng)的非線性及外部擾動，系統(tǒng)的精度依靠位置環(huán)來保證[21]。由于交流伺服電機驅(qū)動器已經(jīng)將電流環(huán)和速度環(huán)封裝好，因此我們只需要給出位置環(huán)的輸入量從而進行位置閉環(huán)控制即可。伺服電機選擇丹納赫公司的伺服電機AKM52K，自帶旋轉(zhuǎn)變壓器，可以檢測出伺服電機轉(zhuǎn)動軸的速度和轉(zhuǎn)動角度。旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出作為速度和位置反饋信號與伺服

50、電機驅(qū)動器連接，從而構(gòu)成完整的位置閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點是定位精度準確，缺點是調(diào)試比較復雜[22]。</p><p>　　3.2.2 PMAC 運動控制器</p><p>　　PMAC（Programmable Multi-Axis Controller）是由美國 Delta Tau System公司生產(chǎn)的高性能伺服運動控制器，一塊PMAC 可以同時控制 8 個坐標軸作高精度的運動。P

51、MAC 采用摩托羅拉DSP56xxx 數(shù)字信號處理器，它是 PMAC 的 CPU，所有 8 個坐標軸的運動計算都是由這個 CPU 來處理的, 在數(shù)字處理器的強大功能支持下，PMAC 提供了高性價比的多軸控制性能。這使得PMAC不但可以單獨作為一個運動控制系統(tǒng)，也可以通過與主機相連，構(gòu)成一個“PC+運動控制器”型的運動控制系統(tǒng)[23]。PMAC 集運動軸控制、PLC 控制以及數(shù)據(jù)采集等多種功能為一身，除能提供運動控制、離散控制、同主機的

52、交互等數(shù)控的基本功能外，PMAC 還具有仿真運行、中斷、位置捕捉、位置隨動、數(shù)據(jù)采集及分析、多次開發(fā)、高分辨率的控制信號等獨特性能。作為一種具有廣泛用途的控制器，PMAC 能應(yīng)用于各種各樣的設(shè)備，它不但可以用于大型設(shè)備如車床、磨床、銑床，還可以用于復雜的精密控制如機器人的控制等。PMAC 可以通過存儲在它自己內(nèi)部的程序進行單獨的操作，從某種意義來</p><p>　　1.執(zhí)行運動程序：PMAC 的最主要的任務(wù)是按

53、照運動程序順序地執(zhí)行運動程序。當執(zhí)行運行程序時，PMAC 一次執(zhí)行程序的一條指令，進行該運動命令（包括非運動的任務(wù)）的所有計算，從而為執(zhí)行該運動做好準備。</p><p>　　2.執(zhí)行 PLC 程序 ：當執(zhí)行那些不是用運動的順序來直接協(xié)調(diào)的動作時，PMAC 提供給用戶編寫“PLC程序”的能力。這種程序被稱為 PLC，是因為它們以一種與可編程邏輯控制器相似的方式工作，在處理器時間允許的情況下盡可能地連續(xù)掃描他們的操

54、作。這些程序?qū)τ谠谶\動順序上不同步的任務(wù)是非常有用的。 </p><p>　　3.伺服環(huán)更新 ：對于每一個電機，PMAC 都以一個固定的頻率(通常是 2kHz 左右)對其進行伺服更新。伺服更新是這樣進行的，先根據(jù)運動程序或別的運動命令得到要求的位置的增量(如果需要)，然后將這同反饋傳感器讀回的實際位置相比較，最后在兩者的差的基礎(chǔ)上發(fā)出一個輸出命令使此值變小，如此反復，直到此差值令人滿意為止。這部分的功能是自動產(chǎn)生

55、的，并不需要任何命令。 </p><p>　　4.換向更新 ：如果 PMAC 對一臺多相電機進行換向運動，那么它會自動地以一個固定的頻率（通常是 9kHz 左右）進行換向更新，對一臺電機來說是這樣的，測算并估算（或者要么只測量，要么只估算）轉(zhuǎn)子磁場方向，然后再分配通過分布在電機的不同相位的伺服更新算出的命令。同樣，這個功能也是自動產(chǎn)生的，并不需要任何的命令。 </p><p>　　5.資源

56、管理 ：PMAC 會定期自動的執(zhí)行資源管理的功能，以確認整個系統(tǒng)是處于正常的工作狀況下。這些功能還包括安全檢查，例如隨動誤差限制、硬件超行程限制、軟件超行程限制、放大器出錯。通常還包括看門狗計時器的更新。如果任何硬件或軟件的問題使這些功能不能得到執(zhí)行，則看門狗計時器將會觸發(fā)，從而使卡關(guān)閉 。</p><p>　　6.與主機通訊 ：PMAC 可以在任何時間與主機通信，甚至是在一個運動序列的中間。PMAC將接受一個命

57、令，然后采取相應(yīng)的動作，將命令放入一個程序緩沖以便以后的執(zhí)行，提供數(shù)據(jù)以響應(yīng)主機，開始電機的移動，等等。如果命令是非法的，它將會向主機報錯。 </p><p>　　該設(shè)計系統(tǒng)選用的是 Turbo PMAC PCI Lite 型伺服運動控制卡，Turbo PMAC PCI Lite 是屬于Turbo PMAC 板卡級產(chǎn)品家族，非常適合以單獨的模擬量輸入作為速度或力矩控制指令與傳統(tǒng)的伺服驅(qū)動器連接。它能夠?qū)崿F(xiàn) 32

58、軸控制。實物如圖3.3： </p><p>　　圖3.3 Turbo PMAC PCI Lite 型伺服運動控制卡</p><p>　　3.2.3 伺服驅(qū)動器</p><p>　　伺服驅(qū)動器采用美國丹納赫Kollmorgen S600 系列數(shù)字無刷伺服驅(qū)動器充分利用了數(shù)字伺服技術(shù)的優(yōu)勢；其令人信服地證明了其高度的硬/軟件靈活性、簡易的運行、較大的功能范圍－甚至適用

59、于標準裝置，也可配置用于通常需要采用運動語言進行全編程驅(qū)動的運動控制。能夠創(chuàng)建300個運動任務(wù)，這些運動任務(wù)可以存儲并一同聯(lián)系起來產(chǎn)生運動圖形。與Kollmorgen 無刷伺服電機相結(jié)合，如AKM, GOLDLINE DDR系列伺服電機，S600提供最大的電源電壓輸入范圍和功率級別，為苛刻的單軸和多軸應(yīng)用。S300 & S600 可配置用于通常需采用運動語言進行全編程驅(qū)動的運動控制。，無需學習編程語言，用戶只需“填空”，就可創(chuàng)

60、建通用的運動任務(wù)。該系列驅(qū)動器的主要特性：全圖形化編程環(huán)境； 實時設(shè)置和修改參數(shù)； 立即運行至目標位置；根據(jù)數(shù)字量輸入，運行到目標位置； 到達目標位置后，延時預(yù)定時間；具有RS485 接收器；基于 WindowsTM 的圖形化用戶界面，支持啟動向?qū)?；采用空間矢量調(diào)制技術(shù)，降低了標準功率級的開關(guān)損失，具有圖形化界面，易于安裝；采用PI Plus 控制器（PDFF 格式）或PI 控制</p><p>　　該系統(tǒng)設(shè)計伺

61、服驅(qū)動器采用美國丹納赫Kollmorgen SERVOSTAR S620驅(qū)動器，該驅(qū)動器具有先進的驅(qū)動特性、支持主流現(xiàn)場總線的選件卡、單軸控制器的能力和I/O擴展能力。</p><p>　　一、伺服驅(qū)動器的接線端口圖 </p><p>　　伺服驅(qū)動器的接線端口如圖3.4：</p><p>　　圖3.4伺服驅(qū)動器的接線端口</p><p>　　

62、伺服驅(qū)動器共有11類接線端口，從X0到X10；其中X0為交流電源連接口，L1，L2，L3 分別接三相電源的三相，PE 接地。X1 編碼器接線口；X2 旋轉(zhuǎn)變壓器接線端口接電機反饋；X3輸入輸出端口與PMAC卡相連，包括兩路可配置模擬量輸入、兩路可配置模擬量輸出，輸入輸出范圍正負10V，四路可配置數(shù)字量輸入，兩路可配置數(shù)字量輸出，遠程使能輸入，24VDC； X4 為24V輸入端口，外接24V電壓源；X5編碼器等效輸出端口；X6 計算機接口

63、，與工控機連接；X7 直流回路；X8 制動電阻；X9 電機制動器，與伺服電機相連，為其提供電源；X10電機，AS安全繼電器（可選）。</p><p>　　S620伺服驅(qū)動器參數(shù)如表3.3：</p><p>　　表3.3 S620伺服驅(qū)動器參數(shù)</p><p>　　3.2.4 伺服電動機 </p><p>　　該設(shè)計系統(tǒng)我們采用AKM系列高速伺

64、服電機。Danaher Motion的通用旋轉(zhuǎn)伺服電機設(shè)計用于在寬泛的速度范圍下工作，并且由于沒有了電刷和換向器有利于降低維護。直流無刷電機憑借我們最高的扭矩/慣量比和典型設(shè)計達20,000轉(zhuǎn)/分（特殊設(shè)計達70,000轉(zhuǎn)/分）的高速能力，提供出眾的性能。Kollmorgen AKM系列伺服電機和 Kollmorgen GOLDLINE B 系列伺服電機具備全球公認的高品質(zhì)和高性能，是全球高性能伺服電機的典范之作[25]。AKM高性能伺

65、服電機以廣泛的標準產(chǎn)品提供前所未有的選擇范圍和靈活性，允許工程師針對電機具體特性選擇最優(yōu)化的最好的伺服電機。AKM高性能伺服電機主要性能：轉(zhuǎn)速高達8,000rpm，可滿足高速應(yīng)用要求；除了配置精選的高性能雙極中空軸旋轉(zhuǎn)變壓器還可以選配高分辨率EnDat編碼器、帶有可記錄換向軌跡功能的增量式編碼器或智能反饋裝置（SFD-Smart Feedback Device ,Danaher Motion獨有的智能反饋系統(tǒng)），以滿足廣泛的驅(qū)動和系統(tǒng)要

66、求；結(jié)構(gòu)緊湊（高轉(zhuǎn)矩/體積比），可在狹小空間中獲得最大的轉(zhuǎn)矩[26]。電機繞組與SER</p><p>　　伺服電動機選用的是kollmorgen AKM52K高性能電動機。該電機能提供非常高的轉(zhuǎn)矩和加速度，同時具有定位精度高、響應(yīng)快、可靠性好、換相性能優(yōu)、方便控制等特點。這些性能正是我們項目中所需要的，所以我們選用該電機。</p><p>　　AKM52K電機參數(shù)如表3.4: </

67、p><p>　　表3.4 AKM52K電機參數(shù)</p><p>　　kollmorgen AKM52K伺服電動機實物如圖3.5：</p><p>　　3.3 系統(tǒng)的電氣連接</p><p>　　圖3.6 二維加速度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)電氣連接圖</p><p>　　3.4 本章小結(jié) </p><p>　

68、　本章完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計和級聯(lián)工作。對系統(tǒng)的各個分支系統(tǒng)的級聯(lián)方式和設(shè)備的特性進行了介紹，尤其是系統(tǒng)中的控制器件，針對各個控制器件的選型及參數(shù)特性指標進行了詳細說明。</p><p>　　4 試驗臺控制系統(tǒng)軟件部分研究</p><p>　　軟件設(shè)計是整個控制系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分，軟件是實現(xiàn)系統(tǒng)控制策略的核心。系統(tǒng)包括上位機的控制界面編程和對控制器的參數(shù)整定與調(diào)節(jié)以及下位機的運動程序編

69、寫。上位機界面控制程序主要包括伺服電機的控制和變頻調(diào)速電機的控制。整個系統(tǒng)是在 Delphi 環(huán)境下，伺服電機的控制是通過調(diào)用PMAC提供的ActiveX控件PTalkDT實現(xiàn)系統(tǒng)上位IPC機與下位機PMAC運動控制卡之間的通信。對于系統(tǒng)的下位機軟件編程，是通過PMAC編程軟件Pewin32pro來實現(xiàn)編程和下載運動程序和 PLC 程序。變頻電機控制是通過調(diào)用 Delphi 第三方 ActiveX 控件Spcomm 串口通信控件來實現(xiàn)的

70、。在整個系統(tǒng)軟件編程過程中，每部分都是按照模塊化設(shè)計思想，構(gòu)建成一個完整的系統(tǒng)軟件體系。</p><p>　　4.1 PMAC 卡 PID 運動控制算法參數(shù)調(diào)整</p><p>　　在機電一體化控制系統(tǒng)中，為了使得系統(tǒng)具有精準的穩(wěn)態(tài)效果和動態(tài)特性，需要對整個系統(tǒng)的控制部分進行校準和調(diào)試。這對系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響是至關(guān)重要的，所以當系統(tǒng)的機械傳動、電機選型等硬件部分選定之后，系統(tǒng)控制部分的特性

71、也就固定了，這時就可以對系統(tǒng)的控制環(huán)路參數(shù)進行調(diào)整來達到理想的控制效果。</p><p>　　PMAC 運動控制卡為了提高系統(tǒng)的定位精度，減小定位誤差，為用戶提供了目前伺服過濾器最常采用的PID+速度/加速度前饋+NOTCH濾波的控制環(huán)算法[28]。該算法功能十分強大而且很容易理解和調(diào)整，可以為絕大多數(shù)的工業(yè)控制系統(tǒng)提供優(yōu)良的控制。PID 反饋濾波器由比例（P）、積分（I）、微分（D）參數(shù)構(gòu)成，每個參數(shù)都有相應(yīng)的

72、功能，盡量使每個參數(shù)都調(diào)節(jié)到最佳值。</p><p>　　在實際工程應(yīng)用中，比例、積分、微分調(diào)節(jié)是控制器中應(yīng)用最廣泛的調(diào)節(jié)方式，被稱為PID調(diào)節(jié)或是PID控制。PID控制算法應(yīng)用十分廣泛，在工業(yè)控制系統(tǒng)中將近占有百分之九十的比例。其中主要是因為PID控制器機構(gòu)簡單、有較好的系統(tǒng)穩(wěn)定性、能夠可靠工作、調(diào)節(jié)方便。PID控制器的原理就是根據(jù)比例、積分、微分三者的函數(shù)關(guān)系進行運算把運算結(jié)果作為控制量，進行調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)偏差

73、。在計算機控制系統(tǒng)中，將 PID控制器的功能用軟件來實現(xiàn)，就可在上位機靈活修正PID控制算法，在線進行PID參數(shù)整定，使系統(tǒng)達到理想效果。</p><p>　　PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實用化的控制器已有70多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器[29]。 </p><p>　　PID

74、控制器由比例單元（Proportion ）、積分單元（Integral ）和微分單元（ Derivative）組成。其輸入e (t）與輸出u (t）的關(guān)系為：</p><p>　　u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt] </p><p>　　式中積分的上下限分別是0和t 。</p><p>　　因此它的傳遞函數(shù)為：G(s)=U(s

75、)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s] ,其中kp為比例系數(shù)； TI為積分時間常數(shù)； TD為微分時間常數(shù)。</p><p>　　PID是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一種控制方式，PID調(diào)節(jié)儀表也是工業(yè)控制中最常用的儀表之一，PID 適用于需要進行高精度測量控制的系統(tǒng)，可根據(jù)被控對象自動演算出最佳PID控制參數(shù)。在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)[3

76、0]。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PI

77、D控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的[31]。</p><p>　　PMAC 運動控制卡為了提高系統(tǒng)的定位精度，減小定位誤差，為用戶提供了目前伺服過濾器最常采用的PID+速度/加速度前饋+NOTCH濾波的控制環(huán)算法。該算法功能十分強大而且很容易理解和調(diào)整，可以為絕大多數(shù)的工業(yè)控制系統(tǒng)提供優(yōu)良的控制。PID 反饋濾波器由比例（P）、積分（I）、微分（D）參數(shù)構(gòu)成，每個參數(shù)都有相應(yīng)的

78、功能，盡量使每個參數(shù)都調(diào)節(jié)到最佳值。PMAC實際的PID/前饋算法:</p><p>　　CMDout(n)=2-19*Ixx30*[{Ixx08*[FE(n)+(Ixx32*CV(n)+Ixx35*CA(n))/128+Ixx33*IE(n)/223]}-ixx31*AV(n)/128]</p><p>　　式中:CMDout(n)：伺服周期的16位輸出命令，它將被轉(zhuǎn)換成負十伏到正十伏的

79、輸出電壓。CMDout(n)有參數(shù) Ixx69 限定。 </p><p>　　Ixx08:電機 xx 的內(nèi)部位置縮放系數(shù)，通常設(shè)置成 96。 </p><p>　　FE(n):是伺服周期內(nèi)的跟隨誤差，等于指令位置和實際位置的差[ CP(n)-AP(n)] 。 </p><p>　　CV(n)：是伺服周期內(nèi)的指令速度,等于伺服周期內(nèi)最后兩個指令速度的差值[CP(n)

80、- CP(n-1)]。 </p><p>　　CA(n)：是伺服周期內(nèi)的指令加速度，等于伺服周期內(nèi)最后兩個指令加速度的差值 [CV(n)- CV(n -1)]。 </p><p>　　Ixx09：電機 xx 速度環(huán)的內(nèi)部縮放系數(shù)。 </p><p>　　AV(n)：是伺服周期內(nèi)的實際速度，等于伺服周期內(nèi)最后兩個實際位置的差值[AP(n)- AP(n-1)]。

81、</p><p>　　IE(n)：是伺服周期的跟隨誤差的積分。積分在所有伺服周期內(nèi)積分都起作用。Ixx34=1關(guān)掉了積分器的輸入，但是并沒有關(guān)掉它的輸出，只有則當 CV的值不等于0時，位置誤差積分器才無效。PID+速度/加速度前饋+NOTCH濾波原理示意圖如圖4.1：</p><p>　　圖4.1 PID+速度/加速度前饋+NOTCH濾波原理示意圖</p><p>

82、　　4.2 PMAC 軟件編程</p><p>　　PMAC 軟件編程分為兩部分，一是編寫下位機運動程序?qū)⑵湎螺d到 PMAC卡 中，二是用上位機發(fā)送指令完成對電機位置和速度的實時控制、控制面板開關(guān)量的管理等任務(wù)。PMAC的軟件大體上可分為三個部分即變量、命令和程序。PMAC 定義了 I、P、Q、M 四種變量。I 變量用于初始化和設(shè)置卡的特性，固定含義的變量。P 變量是供編程用的全局變量。Q 變量是供編程用的局部

83、變量。M 變量供用戶使用的分配內(nèi)存的指針變量。上位機通過指令對電機進行控制，下位機則是通過程序?qū)﹄姍C進行控制。PMAC 有豐富的指令系統(tǒng)，總體可分為在線指令和緩沖區(qū)指令兩大類，對系統(tǒng)進行初始化和調(diào)試的過程中主要用在線指令，下載到下位機的運動程序和 PLC 程序為緩沖區(qū)指令。PMAC的命令絕大多數(shù)是在線命令，PMAC接到命令后立即響應(yīng)，在線指令分為四種： </p><p>　　(1)端口指令：為了維持多通信端口的

84、真正獨立通信，該命令是影響對同一端口的后續(xù)動作的命令。 </p><p>　　(2)電機指令：電機是通過#n 的命令來選擇的，其中 n 是被選擇的電機的序號，范圍是1到32，它影響當前被主機選址的電機，例如#1J+表示定義為1號電機正轉(zhuǎn)。電機命令只有少數(shù)的幾種類型，包括微動、回零、點動、確定電機位置、速度、跟蹤誤差等狀態(tài)。部分命令如下：</p><p>　　表4.1 部分電機指令</

85、p><p>　　(3)坐標系統(tǒng)命令：坐標系統(tǒng)是通過&n 的命令來確定的，其中 n 是坐標系的標號，電機總是與一個軸在特定的坐標系下相匹配，所以軸定義語句在當前選擇的坐標系起作用。例如&1B6R&2B8R 是指一號坐標系運行程序 6，2 號坐標系運行程序 8。一個坐標系來執(zhí)行一個運動控制程序，所有的程序控制命令在編址的坐標系中起作用。通過定義坐標系，用戶可以對軸進行靈活控制。 </p&g

86、t;<p>　　(4)全局命令：主要完成定義變量的操作</p><p>　　上位機對 PMAC 的控制就是通過指令進行的，PMAC 作為一個完全開放的運動控制系統(tǒng)，為上位機提供了PTalkDT驅(qū)動程序的友好接口[32]。部分伺服控制程序如下：</p><p>　　Private Sub cmdStop_Click()</p><p>　　Static

87、Response As String</p><p>　　Static return_value As Long</p><p>　　return_value = PTalkDT1.GetResponse(Response, "j/")</p><p><b>　　End Sub</b></p><p&g

88、t;　　Private Sub cmdZero_Click()</p><p>　　Static Response As String</p><p>　　Static return_value As Long</p><p>　　return_value = PTalkDT1.GetResponse(Response, "j=0")</p

89、><p>　　cmdRotate.Enabled = True</p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub Command1_Click()</p><p>　　Static Response As String</p><p>　　Static r

90、eturn_value As Long</p><p>　　return_value = PTalkDT1.GetResponse(Response, "p")</p><p>　　Text2.Text = Response</p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　Pr

91、ivate Sub Command2_Click()</p><p>　　Static Response As String</p><p>　　Static return_value As Long</p><p>　　return_value = PTalkDT1.GetResponse(Response, "homez")</p>

92、;<p><b>　　End Sub</b></p><p>　　4.3 變頻調(diào)速電機控制方式</p><p>　　4.3.1 變頻器通信協(xié)議</p><p>　　為了實現(xiàn)工控機（IPC）與艾默生變頻器（EV3000）之間能夠順暢通訊，必須知道它們之間的通信協(xié)議。上位機IPC與下位機變頻器之間采用十六進制數(shù)，數(shù)據(jù)在IPC與變頻

93、器之間傳輸?shù)臅r候自動轉(zhuǎn)換成ASCII碼傳輸。上位機IPC作為主機，從機為變頻器。采用主機“輪詢”，從機“應(yīng)答”的通信方式。協(xié)議實現(xiàn)的主要功能包括這幾方面內(nèi)容： </p><p>　　電機的運行控制：包括開機、停機、自由停車、減速停車、故障復位等。 </p><p>　　電機的運行監(jiān)視：當前運行頻率、當前設(shè)定頻率、運行轉(zhuǎn)速、設(shè)定轉(zhuǎn)速、變頻器當前狀態(tài)等。 </p><p&g

94、t;　　變頻器功能碼參數(shù)操作：用于變頻器功能碼的讀取、設(shè)置、設(shè)置并存儲。 </p><p>　　傳輸數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)：包括三部分數(shù)據(jù)幀頭、用戶數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)幀尾。 </p><p>　　表4.2 數(shù)據(jù)幀格式</p><p>　　幀頭：指的是起始字節(jié)和從機地址。 </p><p>　　幀尾：即校驗數(shù)據(jù)（異或校驗）通過異或計算得出。 </p>

95、<p>　　用戶數(shù)據(jù)：用來設(shè)定參數(shù)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)。 </p><p>　　參數(shù)數(shù)據(jù)：功能碼操作命令或響應(yīng)、功能碼號、功能碼設(shè)定或?qū)嶋H值。在短幀中沒有參數(shù)數(shù)據(jù)。 </p><p>　　過程數(shù)據(jù)：主機控制命令或從機狀態(tài)響應(yīng)、主機運行主設(shè)定或從機運行實際值。 </p><p>　　EV3000可以通過長短幀進行通信。本文通信以長幀的方式進行。長幀不但包括控制字

96、和狀態(tài)字而且還包括受變頻器自身功能的限制的內(nèi)容如操作控制、觀測、維護及診斷等。 </p><p>　　數(shù)據(jù)幀包括計算機傳輸?shù)阶冾l器的發(fā)送幀和變頻器傳輸?shù)接嬎銠C的接收幀。 </p><p>　　從計算機到變頻器的通信發(fā)送幀格式如圖4.2 :</p><p>　　圖4.2 從計算機到變頻器的通信發(fā)送幀格式</p><p>　　從變頻器到計算機的通

97、信接收幀格式如圖4.3:</p><p>　　圖4.3從變頻器到計算機的通信接收幀格式</p><p><b>　　協(xié)議內(nèi)容：</b></p><p>　　1.起始字節(jié)（1個字節(jié)8bit） </p><p>　　EV3000變頻器短幀的起始字節(jié)為7EH，長幀的起始字節(jié)為02H，特殊字節(jié)的起始字節(jié)為68H。我們應(yīng)用的是長幀

98、格式傳輸，所以起始字節(jié)為02H。 </p><p>　　2.從機地址（1字節(jié)8bit） </p><p>　　從機地址范圍2-126,127為廣播地址，0、1號地址保留。從站數(shù)目超出29個，要求使用中繼器，同時中繼器將占用從機數(shù)目。從機的群組地址與本機地址不同時使用。地址字節(jié)最高位為0表示是本機的單機地址，為1表示是群組地址，保留。 </p><p>　　3.命令字

99、（響應(yīng)字）+功能碼號（2字節(jié)16bit） </p><p>　　其中命令字（響應(yīng)字）4位、功能碼組號4位、功能碼號8位。 </p><p>　　4.功能碼設(shè)定/實際值（2字節(jié)16bit） </p><p>　　對應(yīng)功能碼號的參數(shù)值或錯誤參數(shù)代碼。當功能碼操作正確時，功能碼的實際返回值用一個字（2個字節(jié)）表示，遵循先發(fā)高字節(jié)，再發(fā)低字節(jié)的原則。如果功能碼操作不爭取則用

100、低字節(jié)返回操作錯誤代碼，此時高字節(jié)為0 </p><p><b>　　5.控制/狀態(tài)字 </b></p><p>　　控制電機運行狀態(tài)，下面列舉說明電機運行方式和對應(yīng)代碼：正轉(zhuǎn)運行447F、減速停機447E、反轉(zhuǎn)運行047F、自由停機447D、運行使能447E、緊急停機447B、正轉(zhuǎn)點動050F 、點動停止040F、反轉(zhuǎn)點動060F、點動停止040F、變頻器故障復位4

101、48E。這些代碼基本滿足了編程要求。 </p><p>　　6.運行數(shù)據(jù)設(shè)定值/運行數(shù)據(jù)實際值（16bit） </p><p>　　運行數(shù)據(jù)設(shè)定值由用戶根據(jù)控制要求來設(shè)定。目前只支持運行頻率設(shè)定，用來設(shè)定電機的運行頻率。 </p><p>　　7.校驗幀（8bit） </p><p>　　從機地址開始到運行數(shù)據(jù)設(shè)定值（即第2位到第10位幀字節(jié)

102、）每一位進行異或運算得到的結(jié)果為校驗位。 </p><p>　　關(guān)于EV3000參數(shù)定標的說明： </p><p>　　A）頻率的定標為1：100。即實際頻率和設(shè)定頻率之間的比例系數(shù)，假如想讓變頻器以10Hz運轉(zhuǎn)，乘以比例系數(shù)就是1000，所以轉(zhuǎn)換成十六進制則主設(shè)定應(yīng)為03E8H（1000） </p><p>　　B）時間的定標為1：10。同理假如想設(shè)定變頻器加速時

103、間為10S，則功能碼轉(zhuǎn)換成十六進制應(yīng)設(shè)定為0064H（100） </p><p>　　C）電流的定標為1：10。</p><p>　　注意：當變頻器自由停車，緊急停車后（用停機方式1,2停機）或變頻器故障后，</p><p>　　上位機必須發(fā)送運行使能控制字，使變頻器從不可運行狀態(tài)回到可運行狀態(tài)。 </p><p>　　變頻器頻率，轉(zhuǎn)臺加速度

104、，角速度，轉(zhuǎn)速之間的對應(yīng)關(guān)系如表4.1：</p><p>　　表4.3 轉(zhuǎn)臺軸向加速度與變頻電機頻率關(guān)系表</p><p>　　4.3.2 控制程序編寫 </p><p>　　工控計算機與變頻器之間是通過串口進行收發(fā)的，因此在上位機軟件Delphi中需要我們添加第三方提供的Spcomm串口控件，Spcomm主要屬性方法包括：CommName：設(shè)置串口；實際中我們設(shè)

105、置變頻器的串口號位Comm1。BaudRate:設(shè)置波特率；我們采用的數(shù)據(jù)通信波特率為9600[33]。Parity：奇偶校驗位；ByteSize：設(shè)定的字節(jié)長度；StopBits：停止位；Startcomm 方法用于開啟串口；StopComm 方法用于關(guān)閉串口；WriteCommData 方法用于上位機傳輸指令字符串到變頻器。程序中可根據(jù)變頻器通信協(xié)議發(fā)送啟動頻率、變軌頻率、正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，停止等命令。下面給出一段以設(shè)定變頻電機啟動/停止

106、運行的程序[34]。運轉(zhuǎn)頻率需在控制窗體中設(shè)定。</p><p>　　procedure TMoNiFRM.JiSuanMingLingExecute(Sender: TObject);</p><p>　　{計算變頻電機啟動命令</p><p>　　輸入——Form1中定義的變量：PinLv</p><p>　　輸出——Form1中定義的變