多軸運動控制器在轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

作者：時間：2010-05-25 來源：網(wǎng)絡(luò)

加入技術(shù)交流群
- 掃碼加入
  和技術(shù)大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

隨著自動控制理論和數(shù)字計算機及其應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，以計算機為基礎(chǔ)的控制技術(shù)迅猛發(fā)展，被控對象規(guī)模更大,控制過程和規(guī)律也更加復(fù)雜和精密，控制方法也更加靈活多樣[1]。在轉(zhuǎn)臺的控制系統(tǒng)中，除了用來產(chǎn)生輸入信號的仿真機之外，計算機還扮演了控制器的角色。根據(jù)控制器的不同形式，計算機控制系統(tǒng)分為集中式、分布式、集散式三種類型，其中集散式控制器又分為PC機與單片機、PC機與PC機、PC機與嵌入式控制器三種形式。轉(zhuǎn)臺運動 控制系統(tǒng)是轉(zhuǎn)臺設(shè)計中最為關(guān)鍵的部分，本課題中選用PC機與嵌入式控制器的形式，其中PC機采用性能穩(wěn)定的IPC（工控機），嵌入式控制器選用美國DeltaTau公司的可編程多軸控制器PMAC，即IPC+PMAC。
1 轉(zhuǎn)臺的基本結(jié)構(gòu)與組成
　由于各種民用、軍用飛行器技術(shù)的快速發(fā)展，當(dāng)今世界各國都十分重視半實物仿真技術(shù)的研究和應(yīng)用，而三軸轉(zhuǎn)臺是半實物仿真的重要設(shè)備之一[2]。通常，三軸轉(zhuǎn)臺提供模擬飛行器飛行姿態(tài)角和為被試件提供測試條件的功能，以便驗證全數(shù)字仿真的實驗結(jié)果并進一步優(yōu)化或改良飛行器設(shè)計方案。轉(zhuǎn)臺負(fù)載放在內(nèi)框之上，由平板固定，內(nèi)框、中框和外框均可繞其軸向做360°旋轉(zhuǎn)運動，可以模擬飛行器的3個自由度的橫滾、俯仰和航向運動。三軸轉(zhuǎn)臺由控制部分和機械部分組成，轉(zhuǎn)臺的控制部分由一個控制柜和一臺IPC組成，轉(zhuǎn)臺機械結(jié)構(gòu)由框架結(jié)構(gòu)、動力源、支承結(jié)構(gòu)、驅(qū)動方式、軸系結(jié)構(gòu)、配重方式等組成。本課題中的轉(zhuǎn)臺采用UOO結(jié)構(gòu)，外框架采用音叉形式(U型)，其結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)動慣量小，并可相應(yīng)縮小轉(zhuǎn)臺總體尺寸；中框架和內(nèi)框架采用封閉框形式(O型)，易于實現(xiàn)整圈旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)臺的3個軸系均采用精密機械軸承支撐，直流無刷電機驅(qū)動，運用海德漢增量式編碼器進行速度、位置反饋，并在每軸運用滑環(huán)進行導(dǎo)線轉(zhuǎn)接，可使框體做無限旋轉(zhuǎn)運動。
2 PMAC控制器簡介
PMAC(Programmable Multi-Axis Controller)是美國Delta -Tau公司生產(chǎn)的系列運動控制器。使用Motorola的DSP56000系列芯片作為CPU，最多可實現(xiàn)8軸的伺服控制。具有良好的硬件開放性和軟件開放性[3]。
2．1 PMAC的硬件開放性
　 PMAC支持多種工作平臺，允許在PC、STD、VME、PCI等不同總線上運行,方便了用戶選擇主機類型；有模擬和數(shù)字兩種伺服接口，能與步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機等多種電機連接，并可對不同的電機提供相應(yīng)的控制信號；可接受各種檢測元件的反饋信息，包括測速發(fā)電機、光電編碼器、光柵、旋轉(zhuǎn)變壓器等；提供串行方式、并行方式和雙端口RAM方式與PC機進行雙向通信；絕大部分地址向用戶開放，包括電機信息、坐標(biāo)信息及各種保護信息，這些硬件的開放性使用戶可以很方便地根據(jù)自己的需要進行硬件設(shè)備的搭建。
2．2 PMAC的軟件開放性
　 PMAC支持各種高級語言，用戶可以使用VB、VC、Delphi等在Windows軟件平臺上制定用戶專用界面；PMAC提供了包含速度和加速度前饋的PID控制和階式濾波器，電機和負(fù)載的雙編碼器，能納入用戶開發(fā)的伺服算法。PMAC具有很強的計算能力，許多數(shù)學(xué)、邏輯和超越函數(shù)的計算都能通過用戶程序中的變量和常數(shù)進行；內(nèi)含可編程邏輯控制器。PMAC的I/O點可以擴展至2 018位，所有的I/O點都由軟件來控制，只要使用一個類似高級程序中的指針變量指向某一I/O地址，就可以方便地在運動程序和PLC程序中通過該指針變量來對該I/O點進行輸入或輸出控制。同時該PLC工具有強大的邏輯功能和判斷能力，可編制復(fù)雜的邏輯關(guān)系。
3 控制系統(tǒng)的介紹
3．1 控制系統(tǒng)的原理
對于轉(zhuǎn)臺的方位控制，首先通過GPS等得到目標(biāo)點的方位坐標(biāo)，經(jīng)過IPC機計算出目標(biāo)點的方位角度，把位置信號送入PMAC卡，通過絕對式光電碼盤形成閉環(huán)，從而達(dá)到位置伺服目的，包括速度環(huán)和位置環(huán)兩部分，其控制原理如圖1所示。

本文引用地址：http://2s4d.com/article/163063.htm

其中速度環(huán)由直流脈寬伺服系統(tǒng)、直流力矩電機以及測速電機構(gòu)成，測速電機與直流力矩電機同軸并反饋成與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號，至直流脈寬伺服系統(tǒng)，從而形成速度閉環(huán)。
　位置環(huán)由PMAC卡、直流脈寬伺服系統(tǒng)、直流力矩電機、光電碼盤構(gòu)成，光電碼盤與直流力矩電機同軸并反饋位置信號至PMAC卡，從而形成位置閉環(huán)，以實現(xiàn)動態(tài)目標(biāo)跟蹤的目的，
3．2 控制系統(tǒng)的硬件組成
　為了提高系統(tǒng)的運動可靠性和快速響應(yīng)能力，轉(zhuǎn)臺采用上下位機的兩級控制方式,其硬件組成如圖2所示。