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基于伺服電機和運動控制器的目標仿真實時性控制研究

作者:吳琳 崔洪亮 信東 劉麗英 第二炮兵青州士官學校 時間:2010-06-21 來源:電子產品世界 收藏

  運動控制系統(tǒng)結構

本文引用地址:http://2s4d.com/article/110150.htm

  整個控制系統(tǒng)硬件由PC機、多軸控制器、增量式編碼器以及松下公司的全數字式交流伺服系統(tǒng)(包括電機和驅動器)、中空力矩電機等組成(見圖3)。

  該控制系統(tǒng)以PC機平臺為基礎,為運動控制核心。PC機的CPU與的CPU構成上下位機的結構,兩個CPU各自完成相應的任務。

  PC機作為DMC5400的上位機,提供Windows平臺及人機操作界面,完成系統(tǒng)初始化、軌跡參數的設定、運動信息的實時顯示等,僅需用極少部分時間向控制卡發(fā)送運動指令。下位DMC5400主要完成平移電機和旋轉電機的運動控制,包括伺服驅動、程序解釋以及高速數據采集等實時性任務。DMC5400直接插在PC機的PCI插槽中,并由動態(tài)鏈接庫驅動。

  運動控制系統(tǒng)軟件設計

  該控制系統(tǒng)實質上是一種以DMC5400為核心組成的開放式數控系統(tǒng)。上位PC機和下位DMC5400多軸控制器各有自己的CPU、存儲器和外設,分別構成一套獨立的計算機系統(tǒng)。因此,在選擇控制軟件的開發(fā)平臺時充分考慮了這種結構的特點。由于DMC5400多軸控制器采用了實時操作系統(tǒng),數控程序代碼解釋工作和連續(xù)運動時復雜的插補運算都由其內部的DSP來完成,可以保證對運算過程和各種緊急情況的及時處理。相對而言,上位PC機只是提供與用戶交互部分和一些狀態(tài)變量的讀取工作,CPU的工作量不是很大。

  上位機軟件

  上位機軟件的組成如圖4所示。

  初始化模塊:實現零位標定等功能。

  軌跡和參數設定模塊:根據不同的運動功能和軌跡,提供了相應的參數設定界面,其中包括參數合理性判別、缺省值提供等輔助功能。

  運動信息實時顯示模塊:通過與DMC5400實時通訊,動態(tài)采集負載位置和速度等運動信息。然后,借助CB開發(fā)的帶有二維坐標系的顯示界面,實現實時動態(tài)顯示負載運動軌跡,同時動態(tài)顯示左右兩個軟硬限位狀態(tài)。另外,在界面的右下角還實時動態(tài)顯示負載的位置和速度數據。

  故障診斷模塊:內嵌于各功能模塊中,如設定值合理性判別、鍵盤操作功能保護、界面功能按鈕的連鎖、電機限速保護、位置超速保護等。

  通訊模塊:利用DMC5400提供的動態(tài)鏈接庫編制,實現上位PC機和下位DMC5400之間的通訊。它內嵌于各功能模塊中,囊括了同DMC5400通訊的所有方式,而且將其主要的函數進行分類、封裝。所編制的通訊程序實現了運動軌跡程序及設定參數的下載、上位PC機對DMC5400的指令傳輸及DMC5400對PC機的狀態(tài)反饋等通訊功能。

  下位機軟件

  控制下位機是運動控制系統(tǒng)的直接控制級,構成可控擴束和可控衰減兩個獨立的伺服控制回路。其功能包括:實現目標運動的;采用相應的控制算法,對系統(tǒng)的運行位置、速度進行控制;將檢測到的系統(tǒng)狀態(tài)信號通過PCI總線傳給上位機。DMC5400的運動控制功能十分豐富,可以滿足絕大多數多軸運動控制系統(tǒng)的要求[3]。

  DMC5400運動控制卡提供基于Windows 95 /98/Me/NT/2000/XP下32位DLL驅動編程。其具體的編程語言可為VB、VC、C++Builder中的任何一種。在運動函數庫中所使用到的函數主要有如下幾種:控制卡及軸設置函數,獨立運動和插補運動函數,制動函數,位置和狀態(tài)的設置及查詢函數,I/O口操作函數,錯誤代碼函數。其函數返回值為0(函數執(zhí)行正確)或-1(函數執(zhí)行錯誤)。其控制系統(tǒng)的流程圖如圖5所示。

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