XY平臺(tái)與機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)

1、xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書googol technology xy 平臺(tái) 與機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)v1.1 固高科技（深圳）有限公司2005 年 11 月xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書i 版權(quán)聲明固高科技（深圳）有限公司保留所有版權(quán)固高科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱固高科技）具有本產(chǎn)品及其軟件的專利權(quán)、版權(quán)和其它知識(shí)產(chǎn)權(quán)。未經(jīng)授權(quán)，不得直接或間接的復(fù)制、制造、加工、使用本產(chǎn)品及相關(guān)部分。聲明固高科技保留在不預(yù)先通知的情況下修改設(shè)備和文檔的權(quán)力。固高科技不承擔(dān)由于使用本說明書或本產(chǎn)品不當(dāng)，所造成的直接的、間接的、特殊的、附帶的、或相應(yīng)的損失和賠償。xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書ii 安全注意事項(xiàng)xy 平臺(tái)主要用于教學(xué)和科研。在安裝，使用和維護(hù)

2、之前，請(qǐng)仔細(xì)閱讀本手冊(cè)。請(qǐng)將本手冊(cè)備在身邊，以備需要時(shí)隨時(shí)查閱。使用注意事項(xiàng)使用（安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)、保養(yǎng)、檢修）前，請(qǐng)務(wù)必熟悉并全部掌握本手冊(cè)和其它相關(guān)資料，在熟知全部機(jī)器知識(shí)、安全知識(shí)、以及注意事項(xiàng)后再使用設(shè)備。本手冊(cè)將安全注意事項(xiàng)分為“危險(xiǎn)”“注意”“強(qiáng)制”“禁止”分別記載。表 1-1 警告標(biāo)志不正確的操作將會(huì)導(dǎo)致重大人身事故。不正確的操作會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞。必須要做的操作。被禁止的操作。另外，即使“注意”所記載的內(nèi)容，也可能因?yàn)椴煌那闆r產(chǎn)生嚴(yán)重后果，因此任何一條注意事項(xiàng)都很重要，在設(shè)備使用過程中請(qǐng)嚴(yán)格遵守。雖然不符合“危險(xiǎn)” “注意”的內(nèi)容，但是用戶在使用過程中必須嚴(yán)格遵守的事項(xiàng)，在相關(guān)地方以記

3、載。xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書iii 目錄版權(quán)聲明 .i聲明 .i安全注意事項(xiàng) . ii使用注意事項(xiàng) . ii前言.1第 1 章系統(tǒng)簡(jiǎn)介 .21.1系統(tǒng)組成 .21.2系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu) .3第 2 章運(yùn)動(dòng)控制器基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn).42.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.42.2實(shí)驗(yàn)原理與基礎(chǔ)知識(shí).42.2.1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .42.2.2gt-400 系列運(yùn)動(dòng)控制器介紹.62.2.3運(yùn)動(dòng)控制器典型應(yīng)用.72.2.4基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線的運(yùn)動(dòng)控制器的優(yōu)缺點(diǎn)：.82.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備 .92.4實(shí)驗(yàn)步驟 .92.5實(shí)驗(yàn)報(bào)告 . 11第 3 章傳感器原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn).123.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.123.2基礎(chǔ)知識(shí) .123.3實(shí)驗(yàn)原理 .123.4實(shí)驗(yàn)設(shè)

4、備 .133.5實(shí)驗(yàn)步驟： .133.6實(shí)驗(yàn)報(bào)告 .15第 4 章電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器使用和調(diào)整實(shí)驗(yàn).164.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.164.2知識(shí)回顧： .164.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備： .174.4實(shí)驗(yàn)步驟： .174.4.1步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn) .184.4.2交流伺服系統(tǒng)位置控制實(shí)驗(yàn).214.4.3交流伺服系統(tǒng)速度控制實(shí)驗(yàn).224.5實(shí)驗(yàn)報(bào)告 .24第 5 章運(yùn)動(dòng)控制器的調(diào)整數(shù)字濾波器的基本控制作用.275.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.27xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書iv 5.2基礎(chǔ)知識(shí) .275.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備： .285.4實(shí)驗(yàn)步驟： .285.5實(shí)驗(yàn)總結(jié)： .32第 6 章插補(bǔ)原理和實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)控制器的編程.336.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.336

5、.2理論回顧 .336.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備 .356.4實(shí)驗(yàn)步驟 .35第 7 章數(shù)控代碼編程實(shí)驗(yàn).407.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.407.2理論回顧 .407.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備 .437.4實(shí)驗(yàn)步驟 .437.5實(shí)驗(yàn)報(bào)告及總結(jié) .44附錄 b xy 平臺(tái)演示軟件的使用說明.45b.1.1 菜單和工具欄 .52b.1.2 系統(tǒng)狀態(tài)顯示 .52b.1.3 基于軸的控制 .52b.1.4 基于坐標(biāo)系的控制.53b.1.5 輸入輸出控制 .53b.1.6 gt命令編輯和運(yùn)行 .53b.1.7 基本參數(shù)設(shè)置窗口.53b.1.8 選項(xiàng)設(shè)置窗口 .53b.1.9 狀態(tài)欄 .53b.1.10 xy(z)平臺(tái)控制窗口 .54b.1.

6、11 xy(z) 平臺(tái)基本參數(shù)設(shè)置窗口.54圖表目錄 .58xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書1 前言xy 平臺(tái)是許多機(jī)電一體化系統(tǒng)的微縮模型，它與機(jī)電一體化許多設(shè)備一樣，有四個(gè)電機(jī)控制軸。如車、銑、鉆、激光加工等各種數(shù)控設(shè)備。因此xy 平臺(tái)對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制和機(jī)電一體化系統(tǒng)的教學(xué)和科研具有普遍意義。xy 平臺(tái)按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、采用工業(yè)級(jí)零部件制造；開放式的結(jié)構(gòu)， 將運(yùn)動(dòng)控制卡的基本功能全部置于操作面板上；不僅適用于機(jī)電一體化系統(tǒng)的教學(xué)和研究，同時(shí)還可以用作于機(jī)器人、pcb 封裝、半導(dǎo)體加工和零件裝配等各種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合軟件的設(shè)計(jì)平臺(tái)。許多的機(jī)電系統(tǒng)的有必要在實(shí)驗(yàn)室中專門深入研究，安全控制問題成了大多數(shù)控制系統(tǒng)需要克

7、服的難點(diǎn)。但是由于絕大多數(shù)的機(jī)電控制系統(tǒng)都是非常危險(xiǎn)的，因此成了實(shí)驗(yàn)室研究的主要障礙。 而 xy 平臺(tái)就是解決這種矛盾的最好的實(shí)驗(yàn)工具，它簡(jiǎn)單、 安全并且具備了一個(gè)機(jī)電控制系統(tǒng)所具有的控制機(jī)構(gòu)。xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書2 第1章 系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1 系統(tǒng)組成xy 平臺(tái)主要由以下幾個(gè)部分組成：1 運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)動(dòng)控制器是運(yùn)動(dòng)控制的核心，它可以同時(shí)控制一個(gè)電機(jī)或多個(gè)電機(jī)。其詳細(xì)的說明請(qǐng)參照 gt 系列運(yùn)動(dòng)控制器用戶手冊(cè)和gt 系列運(yùn)動(dòng)控制器編程手冊(cè)圖 1-1 運(yùn)動(dòng)控制器2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的主要功能為給電機(jī)提供動(dòng)力源，在實(shí)驗(yàn)前， 請(qǐng)先閱讀相關(guān)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器說明書。圖 1-2 交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3 電機(jī)電機(jī)是

8、系統(tǒng)的執(zhí)行部件，因使用的目的不一樣，有交流伺服電機(jī)、直流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)等很多種，更多相關(guān)消息請(qǐng)參照電機(jī)的說明書。圖 1-3 交流伺服電機(jī)xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書3 1.2 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)主要由控制計(jì)算機(jī)、控制卡和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等組成。圖 1-4 基于 pc 的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在上圖所示的系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)從運(yùn)動(dòng)控制卡讀取各種運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并施加位置或速度等控制量， 控制量在運(yùn)動(dòng)控制器中經(jīng)過處理后，施加給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器將控制信號(hào)擴(kuò)大，并施加給伺服電機(jī)，使電機(jī)按照要求運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)器同時(shí)也可以作為電機(jī)編碼器數(shù)據(jù)等信號(hào)的通道。隨著技術(shù)的發(fā)展，很多運(yùn)動(dòng)控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器都采用dsp 進(jìn)行計(jì)算和控制，極大的

9、提高了控制性能，很方便修改控制參數(shù)和控制模式。xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書4 第2章 運(yùn)動(dòng)控制器基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私膺\(yùn)動(dòng)控制器的工作原理和組成模塊，掌握運(yùn)動(dòng)控制器的基本特點(diǎn)、使用方法和選用技巧。2.2 實(shí)驗(yàn)原理與基礎(chǔ)知識(shí)運(yùn)動(dòng)控制器已經(jīng)從以單片機(jī)或微處理器作為核心的運(yùn)動(dòng)控制器和以專用芯片(asic) 作為核心處理器的運(yùn)動(dòng)控制器，發(fā)展到了基于pc 總線的以dsp 和 fpga 作為核心處理器的開放式運(yùn)動(dòng)控制器。 運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)也由面向傳統(tǒng)的數(shù)控加工行業(yè)專用運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)而發(fā)展為具有開放結(jié)構(gòu)、 能結(jié)合具體應(yīng)用要求而快速重組的先進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)?；诰W(wǎng)絡(luò)的開放式結(jié)構(gòu)和嵌入式結(jié)構(gòu)的通用運(yùn)動(dòng)控制器逐步成為自動(dòng)化控

10、制領(lǐng)域里的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。高速、高精度始終是運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)追求的目標(biāo)。充分利用dsp 的計(jì)算能力，進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、高速實(shí)時(shí)多軸插補(bǔ)、誤差補(bǔ)償和更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)計(jì)算，使得運(yùn)動(dòng)控制精度更高、速度更快、運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)；充分利用dsp 和 fpga 技術(shù)，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加開放，根據(jù)用戶的應(yīng)用要求進(jìn)行客制化的重組，設(shè)計(jì)出個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)控制器將成為市場(chǎng)應(yīng)用的兩大方向?；趐c 總線的開放式運(yùn)動(dòng)控制器已成為當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用最廣、功能最強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制器，并且在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。簡(jiǎn)單地說，運(yùn)動(dòng)控制器主要用于對(duì)機(jī)械傳動(dòng)裝置的位置、速度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使運(yùn)動(dòng)部件按照預(yù)期的軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)完成相應(yīng)

11、的動(dòng)作。2.2.1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)控制器與伺服系統(tǒng)的匹配等。能對(duì)輸出量與參考輸入量進(jìn)行比較，并且將它們的偏差作為控制手段，以保持兩者之間預(yù)定關(guān)系的系統(tǒng)，稱為反饋控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)通常輸入閉環(huán)控制系統(tǒng)。在實(shí)踐中，反饋控制和閉環(huán)控制這兩個(gè)術(shù)語常常交換使用。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，作為輸入信號(hào)與反饋信號(hào)之差的作用誤差信號(hào)被傳送到控制器，以便減小誤差， 并且使系統(tǒng)的輸出達(dá)到希望的值。采用交流伺服電機(jī)的位置控制系統(tǒng)就是閉環(huán)控制系統(tǒng)的一個(gè)例子，安裝在電機(jī)軸上的編碼器不斷檢測(cè)電機(jī)軸的實(shí)際位置（輸出量），并反饋回伺服驅(qū)動(dòng)器與參考輸入位置進(jìn)行比較，pid調(diào)節(jié)器根據(jù)位置誤差信號(hào)，控

12、制電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)， 從而將電機(jī)位置保持在希望的參考位置上。系統(tǒng)的輸出量對(duì)控制作用沒有影響的系統(tǒng)，稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，既不需要對(duì)輸出量進(jìn)行測(cè)量，也不需要將輸出量反饋到系統(tǒng)的輸入端與輸入量進(jìn)行比較。采用步進(jìn)電機(jī)的位置控制系統(tǒng)就是開環(huán)控制系統(tǒng)的例子。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)與控制器只是按照指令位置運(yùn)動(dòng)，不必對(duì)輸出信號(hào)（即實(shí)際位置）進(jìn)行測(cè)量。閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是采用了反饋，因而使系統(tǒng)的響應(yīng)對(duì)外部干擾和內(nèi)部系統(tǒng)的參數(shù)變化均相當(dāng)不敏感。這樣， 對(duì)于給定的控制對(duì)象，有可能采用不太精密且成本較低的元件構(gòu)成精確的控制系統(tǒng)。在開環(huán)情況下，就不可能做到這一點(diǎn)。從穩(wěn)定性的觀點(diǎn)出發(fā)，開環(huán)控制系統(tǒng)容易建造，因?yàn)閷?duì)開環(huán)系統(tǒng)

13、來說，穩(wěn)定性不是主要問題。但是另一方面，在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定性則始終是一個(gè)重要問題，因?yàn)殚]環(huán)系統(tǒng)可能引起過調(diào)誤差，從而導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩。xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書5 運(yùn)動(dòng)控制器作為機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心控制系統(tǒng)，已經(jīng)歷了20 多年的發(fā)展，正在逐步取代傳統(tǒng)封閉型的控制系統(tǒng)，被廣大機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師所采用。與此同時(shí)， 與執(zhí)行裝置（電機(jī)） 所配套的伺服驅(qū)動(dòng)裝置也在不斷的發(fā)展，許多系統(tǒng)已經(jīng)具備了各種運(yùn)動(dòng)控制功能。對(duì)于給定的控制對(duì)象，必須根據(jù)控制目標(biāo)選用適當(dāng)?shù)膱?zhí)行與驅(qū)動(dòng)裝置，然后根據(jù)執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)裝置的功能特征選用合適的運(yùn)動(dòng)控制器，以最大限度地利用控制與驅(qū)動(dòng)裝置的功能，降低系統(tǒng)成本。目前被工業(yè)界廣泛采用的交流伺服

14、系統(tǒng)（電機(jī)+驅(qū)動(dòng)）通常具有力矩控制、速度控制和位置控制等閉環(huán)控制功能。而常用的運(yùn)動(dòng)控制器除了具有軌跡規(guī)劃功能外，也具有位置控制和速度控制等閉環(huán)控制功能。如果采用伺服系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制，配套選用的控制器則只需具有軌跡規(guī)劃功能， 這樣的運(yùn)動(dòng)控制器通常價(jià)格比較低廉，而且穩(wěn)定性和可靠性也會(huì)比較好，如圖 2-1所示。如果選用步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該類型控制器也同樣適用。這種類型的運(yùn)動(dòng)控制器通常叫做位置脈沖型運(yùn)動(dòng)控制器。圖 2-1 位置脈沖型閉環(huán)控制系統(tǒng)方案如果我們想利用伺服驅(qū)動(dòng)的速度閉環(huán)來完成系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制，則需要選用具有位置閉環(huán)控制功能的運(yùn)動(dòng)控制器，如圖 2-2所示。這種控制方式通常比第一種控制方式

15、具有更高的控制精度，但系統(tǒng)的調(diào)整比第一種控制方式復(fù)雜和困難。在這種控制方式下，運(yùn)動(dòng)控制器接受位置反饋信號(hào)，進(jìn)行位置閉環(huán)控制，向伺服驅(qū)動(dòng)器輸出模擬電壓控制信號(hào)。伺服驅(qū)動(dòng)裝置接受速度控制信號(hào)，完成速度閉環(huán)控制。 目前，這種類型的運(yùn)動(dòng)控制器也已非常普遍。圖 2-2 閉環(huán)控制系統(tǒng)方案2 如果伺服驅(qū)動(dòng)裝置只具有力矩閉環(huán)控制功能（通常這種驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉），則需選用具有速度閉環(huán)和位置閉環(huán)控制功能的運(yùn)動(dòng)控制器來完成系統(tǒng)的高精度位置和軌跡控制。 這種類型的運(yùn)動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本也會(huì)比較高，但對(duì)于需要多軸運(yùn)動(dòng)控制的系統(tǒng)來說， 如果采用具有多軸控制能力的運(yùn)動(dòng)控制器，總的系統(tǒng)成本可能會(huì)比其它兩種方式

16、還要低廉一些。 因?yàn)槎鄠€(gè)驅(qū)動(dòng)成本的降低幅度會(huì)超過一塊運(yùn)動(dòng)控制器成本的增加幅度。不過，除了一些能夠配套提供控制器和相應(yīng)驅(qū)動(dòng)器的生產(chǎn)廠家外，這種控制方式比較少被采用，如圖 2-3 所示。xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書6 圖 2-3 閉環(huán)控制系統(tǒng)方案3 2.2.2gt-400系列運(yùn)動(dòng)控制器介紹 gt-400-sx 通用型運(yùn)動(dòng)控制器是固高科技有限公司自主開發(fā)的一類通用型運(yùn)動(dòng)控制器，它擁有的 gt-400-sv 、gt-400-sg、gt-400-sp、gt-400-sg-s、gt-400-sd 等幾款產(chǎn)品，應(yīng)用廣泛，從簡(jiǎn)單的點(diǎn)位控制設(shè)備到復(fù)雜的輪廓控制設(shè)備如雕刻機(jī)、測(cè)量機(jī)、數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人等均可適用。技

17、術(shù)特點(diǎn) : 采用高性能dsp 和 fpga 技術(shù)每塊卡可控制4 個(gè)伺服 /步進(jìn)軸可編程伺服采樣周期，四軸最小插補(bǔ)周期為200 微秒，單軸點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)最小控制周期為 25 微秒運(yùn)動(dòng)方式：?jiǎn)屋S點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、速度控制、手脈輸入、電子齒輪可編程梯形曲線規(guī)劃和s 曲線規(guī)劃，在線刷新運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)所有計(jì)算參數(shù)和軌跡規(guī)劃參數(shù)均為32 位用戶可定義坐標(biāo)系，便于編程四軸聯(lián)動(dòng)， 24 軸直線插補(bǔ)，任意2 軸圓弧插補(bǔ)具有連續(xù)插補(bǔ)功能底層循環(huán)程序緩沖區(qū)（4k）存儲(chǔ)用戶運(yùn)動(dòng)信息，提高通訊效率可編程事件中斷： 外部輸入中斷、 事件中斷 （包括位置信息、 特殊運(yùn)動(dòng)事件等）以及時(shí)間中斷可設(shè)置跟隨誤差極限、加速度極限

18、、控制輸出極限等，保證控制安全可靠pid（比例 -積分 -微分）數(shù)字濾波器，帶速度和加速度前饋，帶積分限值、偏差補(bǔ)償和低通濾波器（gt-400-sv 卡）硬件捕獲原點(diǎn)開關(guān)和編碼器index 信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高精度機(jī)器原點(diǎn)位置鎖存網(wǎng)絡(luò)接口（以太網(wǎng)、profibus-dp、rs232、 rs422/485）(選件 ) 控制輸入輸出: 4 路 16 位分辨率模擬電壓輸出信號(hào)或脈沖輸出信號(hào)，可自由組合4 路四倍頻增量編碼器輸入，作為各軸反饋信號(hào)輸入2 路四倍頻增量編碼器輸入，作為輔助編碼器輸入編碼器采樣頻率可達(dá)8mhz 脈沖發(fā)生頻率可達(dá)1mhz 通用數(shù)字量輸入/輸出 : 通用模擬輸入（可選件）: 8 路獨(dú)立

19、的12 位 10v 模擬量輸入xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書7 光電隔離的16 路通用數(shù)字輸入和16 路通用數(shù)字輸出其他 : 專用數(shù)字量輸入/輸出光電隔離專用輸入：每軸2 路限位開關(guān)信號(hào)、1 路原點(diǎn)信號(hào)及1 路驅(qū)動(dòng)器報(bào)警信號(hào)輸入光電隔離專用輸出：每軸1 路驅(qū)動(dòng)器使能信號(hào)、1 路驅(qū)動(dòng)器復(fù)位信號(hào)系統(tǒng)軟件：9windows 環(huán)境下測(cè)試軟件9windows 98/2000/nt/xp設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序9dos 環(huán)境下 c/c+函數(shù)庫以及示例程序電源要求：+5v，icc=2a; 內(nèi)部電源，由pc 機(jī)提供 12v ，icc=60ma; 內(nèi)部電源，由pc 機(jī)提供+24v 或+12v ，icc=2a, 外部電源，由用戶提供環(huán)境

20、要求：?工作溫度： 060oc ；相對(duì)濕度：5 90%無凝結(jié)2.2.3運(yùn)動(dòng)控制器典型應(yīng)用 根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)和應(yīng)用可將運(yùn)動(dòng)控制器分為以下三種：點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)控制器、連續(xù)軌跡控制運(yùn)動(dòng)控制器和同步控制運(yùn)動(dòng)控制器。圖 2-4 gt 運(yùn)動(dòng)控制器典型應(yīng)用點(diǎn)位控制：這種運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)是僅對(duì)終點(diǎn)位置有要求，與運(yùn)動(dòng)的中間過程即運(yùn)動(dòng)軌跡無關(guān)。相應(yīng)gt-400運(yùn)動(dòng)控制器伺服電機(jī)編碼器編碼器反饋控制電流驅(qū)動(dòng)器控制命令主機(jī)正限位開關(guān)原點(diǎn)開關(guān)負(fù)限位開關(guān)xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書8 的運(yùn)動(dòng)控制器要求具有快速的定位速度，在運(yùn)動(dòng)的加速段和減速段，采用不同的加減速控制策略。 在加速運(yùn)動(dòng)時(shí)， 為了使系統(tǒng)能夠快速加速到設(shè)定速度，往往提高系統(tǒng)

21、增益和加大加速度，在減速的末段采用s 曲線減速的控制策略。為了防止系統(tǒng)到位后震動(dòng)，規(guī)劃到位后，又會(huì)適當(dāng)減小系統(tǒng)的增益。所以，點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制器往往具有在線可變控制參數(shù)和可變加減速曲線的能力。典型應(yīng)用有：pcb 鉆床、 smt、晶片自動(dòng)輸送、ic 插裝機(jī)、引線焊接機(jī)、紙板運(yùn)送機(jī)驅(qū)動(dòng)、包裝系統(tǒng)、碼垛機(jī)、激光內(nèi)雕機(jī)、激光劃片機(jī)、坐標(biāo)檢驗(yàn)、激光測(cè)量與逆向工程、鍵盤測(cè)試、來料檢驗(yàn)、顯微儀、定位控制、pcb 測(cè)試、焊點(diǎn)超生掃描檢測(cè)、自動(dòng)織袋機(jī)、地毯編織機(jī)、定長(zhǎng)剪切，折彎?rùn)C(jī)控制。連續(xù)軌跡控制又稱為輪廓控制，主要應(yīng)用在傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)、切割系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)輪廓控制。相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制器要解決的問題是如何使系統(tǒng)在高速運(yùn)動(dòng)的情況

22、下，既要保證系統(tǒng)加工的輪廓精度，還要保證刀具沿輪廓運(yùn)動(dòng)時(shí)的切向速度的恒定。對(duì)小線段加工時(shí)，有多段程序預(yù)處理功能。典型應(yīng)用有：數(shù)控車、銑床，雕刻機(jī)、激光切割機(jī)、激光焊接機(jī)、激光雕刻機(jī)、數(shù)控沖壓機(jī)床、快速成型機(jī)、超聲焊接機(jī)、火焰切割機(jī)、等離子切割機(jī)、水射流切割機(jī)、電路板特型銑、晶片切割機(jī)。同步控制是指多個(gè)軸之間的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制，可以是多個(gè)軸在運(yùn)動(dòng)全程中進(jìn)行同步，也可以是在運(yùn)動(dòng)過程中的局部有速度同步，主要應(yīng)用在需要有電子齒輪箱和電子凸輪功能的系統(tǒng)控制中。工業(yè)上有印染、印刷、造紙、軋鋼、同步剪切等行業(yè)。相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制器的控制算法常采用自適應(yīng)前饋控制，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)控制量的幅值和相位，來保證在輸入端加一個(gè)與

23、干擾幅值相等、相位相反的控制作用，以抑制周期干擾，保證系統(tǒng)的同步控制。典型應(yīng)用有：套色印刷、包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、飛剪、拉絲機(jī)、造紙機(jī)械、鋼板展平、鋼板延壓、縱剪分條等。2.2.4基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線的運(yùn)動(dòng)控制器的優(yōu)缺點(diǎn)： 基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線的運(yùn)動(dòng)控制器是市場(chǎng)的主流，但是，基于網(wǎng)絡(luò)的嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器會(huì)有較大的發(fā)展。 基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線的通用運(yùn)動(dòng)控制器主要是板卡結(jié)構(gòu)，采用的總線大都為 isa 、pci。由于它們的應(yīng)用依附于通用pc 計(jì)算機(jī)平臺(tái)，從工業(yè)控制的角度分析，這種運(yùn)動(dòng)控制器的優(yōu)缺點(diǎn)如下。優(yōu)點(diǎn) :硬件組成簡(jiǎn)單, 把運(yùn)動(dòng)控制器插入pc 總線，連接信號(hào)線就可組成系統(tǒng); 可以使用pc 機(jī)已經(jīng)具有的豐富

24、軟件進(jìn)行開發(fā); 運(yùn)動(dòng)控制軟件的代碼通用性和可移植性較好; 可以進(jìn)行開發(fā)工作的工程人員較多，不需要太多培訓(xùn)工作，就可以進(jìn)行開發(fā)。缺點(diǎn) : 采用板卡結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制器采用金手指連接，單邊固定，在多數(shù)環(huán)境較差的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) (振動(dòng)，粉塵，油污嚴(yán)重)，不適宜長(zhǎng)期工作; xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書9 pc 資源浪費(fèi)，由于pc 的捆綁方式銷售，用戶實(shí)際上僅使用少部分pc 資源，未使用的 pc 資源不但造成閑置和浪費(fèi)，還帶來維護(hù)上的麻煩; 整體可靠性難以保證，由于 pc 的選擇可以是工控機(jī)，也可以是商用機(jī)。系統(tǒng)集成后，可靠性差異很大。并不是由運(yùn)動(dòng)控制器能保證的; 難以突出行業(yè)特點(diǎn), 不同行業(yè)、不同設(shè)備其控制面板均有不同的

25、特色和個(gè)性。嵌入式pc 的運(yùn)動(dòng)控制器能夠克服以上缺點(diǎn)。這種產(chǎn)品會(huì)有較好的市場(chǎng)前景。由于som(system on module) 和 soc(system on chip) 技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式 pc 運(yùn)動(dòng)控制器獲得了良好的發(fā)展。嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器產(chǎn)品可以很方便地將在pc 上開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)，不加任何改動(dòng)就可以很方便地移植過來。作為用戶來講， 他們僅僅開發(fā)跟其具體項(xiàng)目有關(guān)、相對(duì)獨(dú)立的人機(jī)界面就可以了。由于嵌入式pc 的運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)具有標(biāo)準(zhǔn)pc 的接口功能，用戶不需要再購買工業(yè)pc 就能很方便的組成他們自己的系統(tǒng)。這種嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器既提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，有時(shí)系統(tǒng)更加簡(jiǎn)潔和高度集成化。2.3

26、實(shí)驗(yàn)設(shè)備zxy 平臺(tái)一套zgt-400-sg 卡一塊或gt-400-sv 卡一塊zpc 機(jī)一臺(tái)z相應(yīng)說明書2.4 實(shí)驗(yàn)步驟利用 demo 測(cè)試軟件完成實(shí)驗(yàn)：1.按照說明書，認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)控制器、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、限位開關(guān)、原點(diǎn)開關(guān)等部件，并根據(jù)配套說明書，掌握各部件的功能和主要技術(shù)參數(shù)。2.掌握和分析開環(huán)控制系統(tǒng)和三種不同閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，討論其實(shí)際應(yīng)用。3.了解運(yùn)動(dòng)控制器的控制性能，并掌握和分析其控制性能在實(shí)際控制中的作用。4.根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制器不同的特點(diǎn)和應(yīng)用，列舉典型的運(yùn)動(dòng)控制實(shí)例。5.查閱相關(guān)資料，分析各種運(yùn)動(dòng)控制器的優(yōu)缺點(diǎn)。6.參考運(yùn)動(dòng)控制器說明書，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器說明書，運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)

27、平臺(tái)電氣原理圖等資料，熟悉并掌握開環(huán)控制方式的接線，三種不同的閉環(huán)控制方式的接線，掌握各種不同接線方式的區(qū)別。7.拆裝運(yùn)動(dòng)控制器，在關(guān)閉計(jì)算機(jī)電源后，拆裝運(yùn)動(dòng)控制器，并按照電氣接線圖和xy 平臺(tái)連接號(hào)各種接線。8.確認(rèn)接線無誤后，打開計(jì)算機(jī)電源，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，安裝運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)程序，如果已經(jīng)安裝驅(qū)動(dòng)程序，請(qǐng)先在“設(shè)備管理器”中卸載驅(qū)動(dòng)程序，重新安裝驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)程序位于光盤的“ gt-400-sv-pcit4vp-cd-020626windowssetup-1.3” （以 gt-400-sv 為例）目錄中，按照相應(yīng)的操作系統(tǒng)選取相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。9.打開平臺(tái)電源，按照附錄b xy平臺(tái)演示軟件的使用

28、說明，打開測(cè)試軟件，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行基本的操作和實(shí)驗(yàn)。10.對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制實(shí)驗(yàn)，按照demo 測(cè)試軟件說明書，給電機(jī)打開伺服（注意，對(duì)于速度控制模式下的伺服電機(jī)，請(qǐng)務(wù)必設(shè)置好濾波器參數(shù)，并在更新參數(shù)后才能打開伺服?。?，點(diǎn)擊 demo測(cè)試軟件界面的“伺服打開/伺服關(guān)閉”，打開當(dāng)前軸的伺服，界面右邊的xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書10 軸系狀態(tài)中“軸開啟”狀態(tài)點(diǎn)亮：同時(shí)，系統(tǒng)調(diào)試面板上的“ena* ” 指示燈點(diǎn)亮。“ena1 ”“ena2 ”“ena3 ”“ena4 ”分別對(duì)應(yīng)軸1、軸 2、軸 3、軸 4 的伺服打開 /關(guān)閉狀態(tài)。11.對(duì)限位開關(guān)信號(hào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，按下xy 平臺(tái) 上限位開關(guān)，觀察demo 軟件界面中“

29、軸系狀態(tài)”中限位開關(guān)指示是否點(diǎn)亮，點(diǎn)擊demo 軟件操作界面上的“清除狀態(tài)”可以清除當(dāng)前軸的限位開關(guān)狀態(tài)。如果已經(jīng)熟悉對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，可以給電機(jī)上伺服，讓其正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，按下相應(yīng)的正負(fù)限位開關(guān)，觀察電機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況，在電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，按下正限位，電機(jī)會(huì)立即停止運(yùn)動(dòng)，如果按下負(fù)限位開關(guān)，電機(jī)不會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。電機(jī)反轉(zhuǎn)情況類似，分析其在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)控制中的作用。12.電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制實(shí)驗(yàn)，按照運(yùn)動(dòng)控制卡使用說明書和demo 測(cè)試軟件使用說明書，分別采用 t 形曲線、 s 形曲線，（t 形曲線和s 形曲線詳細(xì)資料請(qǐng)參見gt 運(yùn)動(dòng)控制器編程手冊(cè)）并設(shè)置好運(yùn)動(dòng)參數(shù)，運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)，分別對(duì)四個(gè)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制，并以不同的速度

30、和位置對(duì)其進(jìn)行控制。13.參考說明書，嘗試對(duì)電機(jī)進(jìn)行速度跟蹤和電子齒輪模式進(jìn)行控制。利用 vc+ 等開發(fā)工具完成實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以利用vc、vb 和 delphi 以及 matlab等開發(fā)環(huán)境進(jìn)行以上各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，以最典型的 vc 為例，需要用到以下文件：gt400.lib 運(yùn)動(dòng)控制卡庫文件gt400.dll 運(yùn)動(dòng)控制卡動(dòng)態(tài)鏈接庫文件gt400sv.h or gt400sg.h運(yùn)動(dòng)控制卡頭文件以上文件位于“gt-400-sv-pcit4vp-cd-020626windowsdll-1.5”中。動(dòng)態(tài)鏈接庫函數(shù)請(qǐng)參考gt 系列運(yùn)動(dòng)控制器編程手冊(cè)：示例程序請(qǐng)參見光盤文件夾中的“示例程序”中的basictest

31、 程序。xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書11 注：完成以上實(shí)驗(yàn)，主要需要參考以下說明書：gt系列運(yùn)動(dòng)控制器使用說明書、gt系列運(yùn)動(dòng)控制器編程手冊(cè)和xy平臺(tái)安裝使用手冊(cè)等。2.5 實(shí)驗(yàn)報(bào)告記錄實(shí)驗(yàn)步驟，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書12 第3章 傳感器原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馕恢眯蛡鞲衅鞯幕靖拍睿莆粘Ｓ梦恢眯蛡鞲衅鳎ㄔ隽烤幋a器） 的使用方法和信號(hào)處理方法。3.2 基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)字增量編碼器的角度測(cè)量原理以及數(shù)字信號(hào)的處理方法。3.3 實(shí)驗(yàn)原理旋轉(zhuǎn)編碼器是一種角位移傳感器，它分為光電式、接觸式和電磁感應(yīng)式三種，其中光電式脈沖編碼器是閉環(huán)控制系統(tǒng)中最常用的位置傳感器。圖 3-1 編碼器示意圖旋轉(zhuǎn)編碼器

32、有增量編碼器和絕對(duì)編碼器兩種。圖 3-1為光電式增量編碼器示意圖，它由光源 5、聚光鏡 6、光電碼盤4、光欄板 7、光敏元件8 和信號(hào)處理電路組成。當(dāng)碼盤隨工作軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 光源通過聚光鏡，透過光電碼盤和光欄板形成忽明忽暗的光信號(hào)，光敏元件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后通過信號(hào)處理電路的整形、放大、分頻、記數(shù)、譯碼后輸出。為了測(cè)量出轉(zhuǎn)向，使光欄板的兩個(gè)狹縫比碼盤兩個(gè)狹縫距離小1/4 節(jié)距， 這樣兩個(gè)光敏元件的輸出信號(hào)就相差/2 相位，將輸出信號(hào)送入鑒向電路，即可判斷碼盤的旋轉(zhuǎn)方向。光電式增量編碼器的測(cè)量精度取決于它所能分辨的最小角度(分辨角、分辨率)，而這與碼盤圓周內(nèi)所分狹縫的線數(shù)有關(guān)。xy平臺(tái)

33、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書13 n=360其中n編碼器線數(shù)。由于光電式脈沖編碼盤每轉(zhuǎn)過一個(gè)分辨角就發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，因此， 根據(jù)脈沖數(shù)目可得出工作軸的回轉(zhuǎn)角度，由傳動(dòng)比換算出直線位移距離；根據(jù)脈沖頻率可得工作軸的轉(zhuǎn)速；根據(jù)光欄板上兩條狹縫中信號(hào)的相位先后，可判斷光電碼盤的正、反轉(zhuǎn)。絕對(duì)編碼器通過與位數(shù)相對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管和光敏二極管對(duì)輸出的二進(jìn)制碼來檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度。與增量編碼器原理相同，用于測(cè)量直線位移的傳感器是光柵尺。由于光電編碼器輸出的檢測(cè)信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，因此可以直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，不需放大和轉(zhuǎn)換等過程，使用非常方便，因此應(yīng)用越來越廣泛。其位移換算如下：對(duì)于線數(shù)為n的編碼器，設(shè)信號(hào)采集卡倍頻數(shù)為m，則有位

34、移換算關(guān)系為：nnmp=(mm) 式中p為絲杠導(dǎo)程；n編碼器讀數(shù)3.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備zxy 平臺(tái)（伺服）一套zgt-400-sv 卡一塊zpc 機(jī)一臺(tái)3.5 實(shí)驗(yàn)步驟：在實(shí)驗(yàn)前，請(qǐng)先熟悉電機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制卡等部件的使用說明書，在保證安全的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。利用固高板卡測(cè)試軟件完成實(shí)驗(yàn)1. 按照使用說明書將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和計(jì)算機(jī)連接好，按照系統(tǒng)接線圖，理解并掌握編碼器的電氣接線和使用。2. 打開系統(tǒng)電源。3. 打開固高板卡測(cè)試軟件“gt-400-sv-pcit4vp-cd-020626demodemo2.6”中的“ gtcmdpci_ch.exe ” ：xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書14 4. 觀察界面右下角的“軸當(dāng)前位置

35、”顯示。5. 手動(dòng)依次順時(shí)針旋轉(zhuǎn)四個(gè)電機(jī)軸一圈，觀察軸當(dāng)前位置的變化。例如，電機(jī)編碼器為2500p/r，板卡倍頻為4，轉(zhuǎn)動(dòng)軸 1 一圈后，軸當(dāng)前位置顯示如下：6. 手動(dòng)依次逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)四個(gè)電機(jī)軸一圈，觀察軸當(dāng)前位置的變化。7. 計(jì)算軸當(dāng)前位置脈沖數(shù)和實(shí)際角度的關(guān)系。8. 點(diǎn)擊“位置清零”把當(dāng)前軸的位置清為0。利用 vc+ 等開發(fā)工具完成實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以利用vc、vb 和 delphi 以及 matlab等開發(fā)環(huán)境進(jìn)行編碼器的數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)，以最典型的vc 為例，需要用到以下文件：gt400.lib 運(yùn)動(dòng)控制卡庫文件gt400.dll 運(yùn)動(dòng)控制卡動(dòng)態(tài)鏈接庫文件gt400sv.h or gt400sg.h

36、運(yùn)動(dòng)控制卡頭文件以上文件位于“gt-400-sv-pcit4vp-cd-020626windowsdll-1.5”中。需要用到的主要?jiǎng)討B(tài)鏈接庫函數(shù)：gt_open();打開運(yùn)動(dòng)控制卡。xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書15 gt_close(); 關(guān)閉運(yùn)動(dòng)控制卡。gt_clrsts(); 清除軸的狀態(tài)。gt_getaltpos(); 得到當(dāng)前軸編碼器的讀數(shù)。示例程序請(qǐng)參見光盤文件夾中的“示例程序”中的encodertest程序。注：完成以上實(shí)驗(yàn)，主要需要參考以下說明書：編碼器使用說明書、gt板卡使用說明書和gt板卡編程手冊(cè)等。3.6 實(shí)驗(yàn)報(bào)告在老師指導(dǎo)下，認(rèn)真完成以上實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 xy平

37、臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書16 第4章 電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器使用和調(diào)整實(shí)驗(yàn)4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饽壳肮I(yè)上常用的伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)裝置的構(gòu)造和使用方法，掌握其各自的特點(diǎn)、性能和選用方法。4.2 知識(shí)回顧：步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置、直流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)裝置、交流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)裝置、直線電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)裝置的基本原理和特點(diǎn)執(zhí)行裝置就是 “按照電信號(hào)指令，將來自電、 液壓和氣壓等各種能源的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)等方式的機(jī)械能的裝置”。按利用的能源分類，可將執(zhí)行裝置大體分為電動(dòng)執(zhí)行裝置、液壓執(zhí)行裝置和氣動(dòng)執(zhí)行裝置。在電動(dòng)執(zhí)行裝置中，有直流電機(jī)、交流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)等實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，以及實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的直線電機(jī)。電

38、動(dòng)執(zhí)行裝置由于其能源容易獲得，使用方便， 所以得到了廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)主要介紹電動(dòng)執(zhí)行裝置的原理和特點(diǎn)。直流電機(jī)等電動(dòng)執(zhí)行裝置，都是由電磁力來產(chǎn)生直線驅(qū)動(dòng)力和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩的，其基本工作原理相同。 跟據(jù)電磁感應(yīng)原理可知，電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與電流的大小成正比。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，目前最為常用的電動(dòng)執(zhí)行裝置有：直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)與直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。對(duì)于步進(jìn)開發(fā)平臺(tái)， 設(shè)其電機(jī)為混合式2 相步進(jìn)電機(jī)， 步矩角 0.9/1.8 度， 靜轉(zhuǎn)矩 1.5nm，其矩頻特性和接線如下圖：步進(jìn)電機(jī) 矩頻特性曲線步進(jìn)電機(jī)接線圖xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書17 xy 平臺(tái)選用的交流伺服電機(jī)為交流無刷電機(jī)，角度傳感器

39、為光電碼盤，直接安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子上，與配套提供的驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng),提供位置控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制三種控制方式（通過驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)定，并修改相應(yīng)聯(lián)線）。以 xy 平臺(tái)（伺服）為例：配用電機(jī)型號(hào)為 msma022a1c ， 該電機(jī)為小型小慣量電機(jī)，配 11 線 2500p/r 增量式編碼器， 功率：200w，額定轉(zhuǎn)速：3000r/min ，額定轉(zhuǎn)矩：0.64nm，最大轉(zhuǎn)矩1.91nm。電機(jī)匹配驅(qū)動(dòng)器為msda023a1a型驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器內(nèi)有各種參數(shù)，借助這些參數(shù)可以調(diào)整或設(shè)定驅(qū)動(dòng)器的性能或功能。關(guān)于參數(shù)的說明和設(shè)定方法請(qǐng)參見相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用說明書。表 4-1 電機(jī)的不同的特性、工作原理與控

40、制方式電機(jī)類型主要特點(diǎn)構(gòu)造與工作原理控制方式直流伺服電機(jī)只需接通直流電即可工作，控制特別簡(jiǎn)單；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、 體積小、 重量輕、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩容易控制、效率高需要定時(shí)維護(hù)和更換電刷， 使用壽命短、 噪聲大。由永磁體定子、線圈轉(zhuǎn)子、電刷和換向器構(gòu)成。通過電刷和換向器使電流方向不斷隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度而改變，實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速控制采用電壓控制方式， 因?yàn)榭刂齐妷号c電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。轉(zhuǎn)矩控制采用電流控制方式， 因?yàn)榭刂齐娏髋c電機(jī)轉(zhuǎn)矩成正比。交流伺服電機(jī)沒有電刷和換向器，不需維護(hù)，也沒有產(chǎn)生火化的危險(xiǎn)；驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，價(jià)格高；按結(jié)構(gòu)分為同步電機(jī)和異步電機(jī)， 轉(zhuǎn)子是由永磁體構(gòu)成的為同步電機(jī)，轉(zhuǎn)子是由繞組形成的電磁

41、鐵構(gòu)成的為異步電機(jī)。無刷直流電機(jī)，結(jié)構(gòu)與同步電機(jī)相同，特性與直流電機(jī)相同。分為電壓控制和頻率控制兩種方式。 異步電機(jī)通常采用電壓控制方式。步進(jìn)電機(jī)直接用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制，與計(jì)算機(jī)的接口比較容易； 沒有電刷， 維護(hù)方便、壽命長(zhǎng)； 啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、 反轉(zhuǎn)容易控制。 步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換效率低，易失步等按產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方式可分為永磁體式（ pm）,可變磁阻式（ vr ）,和混合式 (hb) 。pm 式產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩較小，多用于計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和辦公設(shè)備； vr 式能夠產(chǎn)生中等轉(zhuǎn)矩， 而 hb 式能夠產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，因此應(yīng)用最廣單相勵(lì)磁：精度高，但易失步；雙相勵(lì)磁：輸出轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)子過沖小，常用方式，但效率低

42、；單 -雙相勵(lì)磁：分辨率高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。4.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：zxy 平臺(tái)（步進(jìn)）一套zxy 平臺(tái)（伺服）一套（數(shù)字控制方式連接）zpc 機(jī)一臺(tái)4.4 實(shí)驗(yàn)步驟：xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書18 在實(shí)驗(yàn)前，請(qǐng)先熟悉電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器等部件的使用說明書，在保證安全的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 并請(qǐng)注意 xy 平臺(tái)電機(jī)型號(hào)，如果和本手冊(cè)不符， 請(qǐng)意實(shí)物為準(zhǔn)，并按照電機(jī)說明書使用。在下列實(shí)驗(yàn)過程中，切勿帶電插拔任何電纜！對(duì)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)行電機(jī)與驅(qū)動(dòng)的接線、步進(jìn)電機(jī)調(diào)速、最高啟動(dòng)頻率測(cè)定、正反轉(zhuǎn)、脈沖當(dāng)量測(cè)定等實(shí)驗(yàn)。對(duì)交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器組合和接線、基本操作、速度環(huán)調(diào)整、位置環(huán)調(diào)整、自動(dòng)調(diào)整、數(shù)字控制等實(shí)驗(yàn)。4.4.1

43、步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn) 利用板卡測(cè)試軟件完成實(shí)驗(yàn)1.根據(jù)步進(jìn)電機(jī)接線圖和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接口說明檢查步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的連接方式。2.檢查接線正確后，打開開發(fā)平臺(tái)電源。3.按照步進(jìn)電機(jī)使用說明書，檢查步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電流和分頻的設(shè)置（下圖盡為代表性示例，請(qǐng)以實(shí)物為準(zhǔn)） 。4.進(jìn)入 sg 卡調(diào)試窗口：xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書19 5.打開基于軸的控制界面：在界面中選擇“輸出模式”為“步進(jìn)電機(jī)”：6.點(diǎn)擊“伺服打開/伺服關(guān)閉”，打開或關(guān)閉當(dāng)前軸。7.根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制卡演示軟件使用說明進(jìn)行電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)：在t 曲線下，調(diào)整速度和加速度，觀測(cè)步進(jìn)電機(jī)對(duì)這兩個(gè)參數(shù)的響應(yīng)，理解步進(jìn)電機(jī)主要參數(shù)特性（最大空載啟動(dòng)頻率、空載運(yùn)行頻率（

44、最大響應(yīng)頻率）等）在運(yùn)行過程中的具體體現(xiàn)。xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書20 8.對(duì)電機(jī)的脈沖當(dāng)量進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的步矩角，驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分來計(jì)算電機(jī)的脈沖當(dāng)量，例如：步矩角為0.9/1.8，驅(qū)動(dòng)器細(xì)分為8 倍，其脈沖當(dāng)量為360o/1600pluse。設(shè)置目標(biāo)位置如下：點(diǎn)擊“參數(shù)更新”更新參數(shù)，電機(jī)開始運(yùn)行，得到如下的運(yùn)行結(jié)果：觀察電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果如下(左邊為初始位置，右邊為運(yùn)動(dòng)后的位置)，可以看出，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 800 脈沖后，其角度正好為180 度：9.按照步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器說明書，修改步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分，重復(fù)以上步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察電機(jī)脈沖當(dāng)量的變化。在修改驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分前，請(qǐng)關(guān)閉測(cè)試程序和平臺(tái)電源。利用

45、vc+ 等開發(fā)工具完成實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以利用vc、vb 和 delphi 以及 matlab等開發(fā)環(huán)境進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的控制實(shí)驗(yàn)，以最典型的vc 為例，需要用到以下文件：gt400.lib 運(yùn)動(dòng)控制卡庫文件gt400.dll 運(yùn)動(dòng)控制卡動(dòng)態(tài)鏈接庫文件gt400sv.h or gt400sg.h運(yùn)動(dòng)控制卡頭文件以上文件位于“gt-400-sv-pcit4vp-cd-020626windowsdll-1.5”中?；颉?gt-400-sg-pcit4vp-cd-020626windowsdll-1.5”中。注：完成以上實(shí)驗(yàn)，主要需要參考以下說明書：電機(jī)使用說明書、gt板卡使用說明書和gt板卡編程手冊(cè)等。xy平

46、臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書21 4.4.2交流伺服系統(tǒng)位置控制實(shí)驗(yàn) 在進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)前，請(qǐng)務(wù)必熟悉電機(jī)使用說明書，否則可能造成設(shè)備損壞和人身傷害。1.參考交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器說明書，掌握交流伺服電機(jī)位置控制方式的接線原理，檢查安裝在平臺(tái)上的驅(qū)動(dòng)器的各連接電纜，記錄驅(qū)動(dòng)器各個(gè)接口的名稱和符號(hào)，以及與這些接口連接的電纜和部件。圖 4-1 交流伺服電機(jī)主回路接線圖2.給平臺(tái)上電，熟悉用jog 功能（利用驅(qū)動(dòng)器手動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)）進(jìn)行試運(yùn)行。步驟參見交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用說明書。試運(yùn)行完畢后，給電控箱斷電。3.將驅(qū)動(dòng)器 cn i/f 口與 gt-400 控制器接口（端子板，安裝在電箱后蓋上）之間連接電纜拔下，對(duì)照接線圖(圖

47、 2-4)檢查該電纜的連接方式和插頭之間的信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系。重新安裝好電纜，給平臺(tái)上電。注意：切勿帶電插拔！4.設(shè)置控制方式為位置控制方式，例如， 對(duì)于松下電機(jī)， 按“set”切入?yún)?shù)設(shè)定， 將“pa 02”參數(shù)設(shè)置成“0” ；5.選擇指令脈沖輸入方式，例如對(duì)于松下電機(jī)，將“pa 42”參數(shù)設(shè)置成“3” ；并把所設(shè)參數(shù)保存到eeprom 中。6.按照交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用說明書的步驟對(duì)電機(jī)進(jìn)行“常規(guī)自動(dòng)增益調(diào)節(jié)”。7.在熟悉 demo 測(cè)試軟件后，打開sg 卡 demo 測(cè)試軟件，檢查軸系狀態(tài)，在沒有異常后，打開電機(jī)伺服，設(shè)定目標(biāo)位置、目標(biāo)速度和目標(biāo)加速度，點(diǎn)擊“參數(shù)更新”后電機(jī)開始運(yùn)動(dòng)：xy平臺(tái)

48、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書22 檢查目標(biāo)位置和實(shí)際運(yùn)動(dòng)位置是否相符。8.改變指令脈沖輸入方式，將“pa 42”參數(shù)設(shè)置成 “1”時(shí)；運(yùn)動(dòng)控制卡的脈沖控制按“p模式”控制。實(shí)驗(yàn)前，請(qǐng)記錄修改的驅(qū)動(dòng)器參數(shù)值，實(shí)驗(yàn)后，恢復(fù)參數(shù)到初始狀態(tài)，否則下次實(shí)驗(yàn)可能出現(xiàn)異常。4.4.3交流伺服系統(tǒng)速度控制實(shí)驗(yàn) 1.將計(jì)算機(jī)斷電，將gt-400-sv 控制卡插到計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行相應(yīng)電纜連接。給計(jì)算機(jī)上電。2.將驅(qū)動(dòng)器 cn i/f 口與 gt-400 控制器接口（端子板，安裝在電箱后蓋上）之間連接電纜拔下，對(duì)照接線圖（圖2-5）檢查該電纜的連接方式和插頭之間的信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系。重新安裝好電纜，給電控箱上電。3.設(shè)置伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制方

49、式為速度控制方式，例如對(duì)于松下電機(jī)，按“set”切入?yún)?shù)設(shè)定，將控制方式參數(shù)“pa 02”設(shè)置成“ 1” ，并把所設(shè)參數(shù)保存到eeprom 中。4.在開環(huán)情況下控制電機(jī)，打開demo 測(cè)試軟件，基本參數(shù)配置界面中檢查是否采用的是 sv 卡：選擇控制方式為開環(huán)控制方式，并打開伺服：xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書23 點(diǎn)擊“伺服輸出” ，并設(shè)定伺服輸出量，參考gt 系列運(yùn)動(dòng)控制器編程手冊(cè)中說明，其函數(shù)為gt_setmtrcmd() ；其取值范圍為32767 32767，對(duì)應(yīng)實(shí)際電壓為10v 10v。例如設(shè)定如下：點(diǎn)擊“ ok” ，觀察伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，改變輸出的大小，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系。注意，因?yàn)?/p>

50、平臺(tái)沒有帶任何負(fù)載，很小的電壓輸出就可以讓電機(jī)產(chǎn)生很高的轉(zhuǎn)速，實(shí)驗(yàn)時(shí)請(qǐng)從0 開始慢慢加大電壓。電機(jī)轉(zhuǎn)速可以通過驅(qū)動(dòng)器查看。需要注意的是，將一個(gè)0 電壓信號(hào)到驅(qū)動(dòng)器時(shí)，若電機(jī)仍在轉(zhuǎn)動(dòng)，則說明有零漂，要設(shè)置驅(qū)動(dòng)器的“速度指令零漂調(diào)整”參數(shù)，直至發(fā)一個(gè)0 電壓信號(hào)到驅(qū)動(dòng)器時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)。5.采用 gt-400-sv 控制器界面對(duì)電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制測(cè)試，選擇控制方式為閉環(huán)控制方式，并設(shè)定好濾波器參數(shù)，打開電機(jī)伺服，可以聽到電機(jī)伺服聲音：觀察軸當(dāng)前位置的值，如下所示：在中設(shè)置零點(diǎn)偏移值，觀察軸當(dāng)前位置的值：xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書24 設(shè)定電機(jī)目標(biāo)位置、目標(biāo)速度和加速度：點(diǎn)擊“參數(shù)更新”開始運(yùn)動(dòng)。6.改變電機(jī)目標(biāo)

51、位置和速度加速度，觀察電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的變化，明白并理解電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制方式。利用 vc+ 等開發(fā)工具完成實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以利用vc、vb 和 delphi 以及 matlab等開發(fā)環(huán)境進(jìn)行伺服電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)，以最典型的vc 為例，需要用到以下文件：gt400.lib 運(yùn)動(dòng)控制卡庫文件gt400.dll 運(yùn)動(dòng)控制卡動(dòng)態(tài)鏈接庫文件gt400sv.h or gt400sg.h運(yùn)動(dòng)控制卡頭文件以上文件位于“gt-400-sv-pcit4vp-cd-020626windowsdll-1.5”中。動(dòng)態(tài)鏈接庫函數(shù)請(qǐng)參考gt 系列運(yùn)動(dòng)控制器編程手冊(cè)注：完成以上實(shí)驗(yàn)，主要需要參考以下說明書：電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用說明書、gt運(yùn)動(dòng)控制

52、器使用說明書和gt運(yùn)動(dòng)控制器編程手冊(cè)等。注意事項(xiàng)：1、 對(duì)電機(jī)控制的接線要認(rèn)真檢查（每實(shí)驗(yàn)小組內(nèi)部互查），確保接線無誤。2、 實(shí)驗(yàn)中電機(jī)必須與負(fù)載分離，進(jìn)行空載實(shí)驗(yàn)。3、 實(shí)驗(yàn)完成后，要盡量把驅(qū)動(dòng)器原參數(shù)改回。并把硬件復(fù)位。4.5 實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、分析步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和交流伺服驅(qū)動(dòng)的特性和各自的應(yīng)用場(chǎng)合。2、指出步進(jìn)電機(jī)的最大空載啟動(dòng)頻率、空載運(yùn)行頻率等參數(shù)在電機(jī)運(yùn)行中的體現(xiàn)，并計(jì)算出脈沖當(dāng)量。3、簡(jiǎn)述交流伺服驅(qū)動(dòng)（位置、速度）兩種控制方式的區(qū)別及其特點(diǎn)。并畫出控制框圖。4、掌握簡(jiǎn)單交流伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)調(diào)整的方法，列出位置、速度兩種控制方式的主要參數(shù)。5、認(rèn)真完成以上實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。x

53、y平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書24 設(shè)定電機(jī)目標(biāo)位置、目標(biāo)速度和加速度：點(diǎn)擊“參數(shù)更新”開始運(yùn)動(dòng)。6.改變電機(jī)目標(biāo)位置和速度加速度，觀察電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的變化，明白并理解電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制方式。利用 vc+ 等開發(fā)工具完成實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以利用vc、vb 和 delphi 以及 matlab等開發(fā)環(huán)境進(jìn)行伺服電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)，以最典型的vc 為例，需要用到以下文件：gt400.lib 運(yùn)動(dòng)控制卡庫文件gt400.dll 運(yùn)動(dòng)控制卡動(dòng)態(tài)鏈接庫文件gt400sv.h or gt400sg.h運(yùn)動(dòng)控制卡頭文件以上文件位于“gt-400-sv-pcit4vp-cd-020626windowsdll-1.5”中。動(dòng)態(tài)鏈接庫函數(shù)請(qǐng)參考gt

54、 系列運(yùn)動(dòng)控制器編程手冊(cè)注：完成以上實(shí)驗(yàn)，主要需要參考以下說明書：電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用說明書、gt運(yùn)動(dòng)控制器使用說明書和gt運(yùn)動(dòng)控制器編程手冊(cè)等。注意事項(xiàng)：1、 對(duì)電機(jī)控制的接線要認(rèn)真檢查（每實(shí)驗(yàn)小組內(nèi)部互查），確保接線無誤。2、 實(shí)驗(yàn)中電機(jī)必須與負(fù)載分離，進(jìn)行空載實(shí)驗(yàn)。3、 實(shí)驗(yàn)完成后，要盡量把驅(qū)動(dòng)器原參數(shù)改回。并把硬件復(fù)位。4.5 實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、分析步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和交流伺服驅(qū)動(dòng)的特性和各自的應(yīng)用場(chǎng)合。2、指出步進(jìn)電機(jī)的最大空載啟動(dòng)頻率、空載運(yùn)行頻率等參數(shù)在電機(jī)運(yùn)行中的體現(xiàn)，并計(jì)算出脈沖當(dāng)量。3、簡(jiǎn)述交流伺服驅(qū)動(dòng)（位置、速度）兩種控制方式的區(qū)別及其特點(diǎn)。并畫出控制框圖。4、掌握簡(jiǎn)單交流伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)調(diào)

55、整的方法，列出位置、速度兩種控制方式的主要參數(shù)。5、認(rèn)真完成以上實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書24 設(shè)定電機(jī)目標(biāo)位置、目標(biāo)速度和加速度：點(diǎn)擊“參數(shù)更新”開始運(yùn)動(dòng)。6.改變電機(jī)目標(biāo)位置和速度加速度，觀察電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的變化，明白并理解電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制方式。利用 vc+ 等開發(fā)工具完成實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以利用vc、vb 和 delphi 以及 matlab等開發(fā)環(huán)境進(jìn)行伺服電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)，以最典型的vc 為例，需要用到以下文件：gt400.lib 運(yùn)動(dòng)控制卡庫文件gt400.dll 運(yùn)動(dòng)控制卡動(dòng)態(tài)鏈接庫文件gt400sv.h or gt400sg.h運(yùn)動(dòng)控制卡頭文件以上文件位于“gt-400

56、-sv-pcit4vp-cd-020626windowsdll-1.5”中。動(dòng)態(tài)鏈接庫函數(shù)請(qǐng)參考gt 系列運(yùn)動(dòng)控制器編程手冊(cè)注：完成以上實(shí)驗(yàn)，主要需要參考以下說明書：電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用說明書、gt運(yùn)動(dòng)控制器使用說明書和gt運(yùn)動(dòng)控制器編程手冊(cè)等。注意事項(xiàng)：1、 對(duì)電機(jī)控制的接線要認(rèn)真檢查（每實(shí)驗(yàn)小組內(nèi)部互查），確保接線無誤。2、 實(shí)驗(yàn)中電機(jī)必須與負(fù)載分離，進(jìn)行空載實(shí)驗(yàn)。3、 實(shí)驗(yàn)完成后，要盡量把驅(qū)動(dòng)器原參數(shù)改回。并把硬件復(fù)位。4.5 實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、分析步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和交流伺服驅(qū)動(dòng)的特性和各自的應(yīng)用場(chǎng)合。2、指出步進(jìn)電機(jī)的最大空載啟動(dòng)頻率、空載運(yùn)行頻率等參數(shù)在電機(jī)運(yùn)行中的體現(xiàn)，并計(jì)算出脈沖當(dāng)量。3、簡(jiǎn)述交

57、流伺服驅(qū)動(dòng)（位置、速度）兩種控制方式的區(qū)別及其特點(diǎn)。并畫出控制框圖。4、掌握簡(jiǎn)單交流伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)調(diào)整的方法，列出位置、速度兩種控制方式的主要參數(shù)。5、認(rèn)真完成以上實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書27 第5章 運(yùn)動(dòng)控制器的調(diào)整數(shù)字濾波器的基本控制作用5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈹?shù)字濾波器的基本控制作用，掌握調(diào)整數(shù)字濾波器的一般步驟和方法，調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制器的濾波器參數(shù)，使電機(jī)運(yùn)動(dòng)達(dá)到要求的性能。5.2 基礎(chǔ)知識(shí)控制系統(tǒng)的基本控制作用（p、i、 d）和響應(yīng)，積分和微分控制作用對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響。圖 5-1 pid 控制器控制器把控制對(duì)象輸出的實(shí)際值與參考輸入（希望值）進(jìn)行比較，以確定偏

58、差，并產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)， 把偏差減小到零或減小到微小的數(shù)值。目前大多數(shù)工業(yè)控制器內(nèi)起核心控制作用的通常是一個(gè)濾波器，該濾波器包含了幾個(gè)基本的控制作用：比例控制作用、 微分控制作用和積分控制作用?？刂破鲗⑦@幾個(gè)基本控制作用進(jìn)行組合，就構(gòu)成了各種類型的控制器。運(yùn)動(dòng)控制器通常是一個(gè)數(shù)字控制器，因此其核心通常是一個(gè)數(shù)字濾波器。除了上面提到比例、 積分和微分控制作用外，許多運(yùn)動(dòng)控制器還包含有速度前饋和加速度前饋等控制作用。對(duì)于具有比例控制作用的控制器，控制器的輸出u(t)與作用誤差信號(hào)e(t)之間的關(guān)系為比例關(guān)系，表示成拉普拉斯變換量的形式為：u(s)/e(s)=kp ，式中kp 稱為比例增益。比例控制

59、器實(shí)質(zhì)上就是一種增益可調(diào)的放大器。在具有積分控制作用的控制器中，控制器的輸出量u(t)的值，是一個(gè)與作用誤差信號(hào)e(t)成正比的速率變化的。積分控制器表示成拉普拉斯變換量的形式為：u(s)/e(s)=ki/s 。如果 e(t)的值加倍，則u(t)的變化速度也加倍，當(dāng)作用誤差信號(hào)為零時(shí)，u(t)的值將保持不變。積分控制作用有時(shí)也稱為復(fù)位控制。微分控制作用是控制器輸出中與作用誤差信號(hào)變化率成正比的那一部分，有時(shí)又稱為速率控制。 微分控制作用具有預(yù)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)它又放大了噪聲信號(hào)，并且還可能在執(zhí)行器中造成飽和效應(yīng)。微分控制作用決不能單獨(dú)使用，因?yàn)檫@種控制作用僅僅在瞬態(tài)過程中才是有效的。通過將上述三

60、種基本控制作用進(jìn)行組合，可以得到不同類型的控制器，目前在工業(yè)界經(jīng)常采用的有比例加積分(pi)控制器，比例加微分（pd）控制器和比例加積分加微分（pid）控制器等。這種組合作用具有各種單獨(dú)控制作用的優(yōu)點(diǎn)。xy平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書28 如果一個(gè)控制對(duì)象的傳遞函數(shù)不存在積分器1/s，則對(duì)其進(jìn)行比例控制時(shí)，階躍輸入信號(hào)的響應(yīng)將存在穩(wěn)態(tài)誤差，或稱為偏差。 如果在此控制器中包含積分控制作用，則可以消除這種偏差。積分控制作用在消除偏差的同時(shí)（即穩(wěn)態(tài)誤差）的同時(shí)，也導(dǎo)致了使振幅緩幅衰減甚至使振幅不斷增加的震蕩響應(yīng)，這兩種情況通常都不是我們所希望的。當(dāng)把微分控制作用加進(jìn)比例控制器時(shí)，就提供了一種獲得高靈敏度控制器的方