運(yùn)動(dòng)控制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室方案

1、運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室方案一、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)背景2(一)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的不足2(二)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展方向21、歷史回顧22、發(fā)展方向2二、鷗鵬科技運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室方案總體框架31、鷗鵬科技運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)及方式32、鷗鵬科技運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的內(nèi)容31)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)裝、拆與測(cè)量32)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)重點(diǎn)知識(shí)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)33)運(yùn)動(dòng)控制基本加工工藝及加工參數(shù)設(shè)置要求34)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的綜合創(chuàng)新應(yīng)用35)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室層次示例3三、課程大綱4四、配套設(shè)備與器材51、直線運(yùn)動(dòng)模塊裝配套件52、電氣控制系統(tǒng)接線套件63、模塊化小型雕銑機(jī)床對(duì)象71）二維平臺(tái)和三維帶主軸平臺(tái)可隨意相互轉(zhuǎn)換7

2、2）控制部分：基于PCI總線和DSP的運(yùn)動(dòng)控制器73）驅(qū)動(dòng)模塊84）可構(gòu)成機(jī)電控制系統(tǒng)95）應(yīng)用軟件系統(tǒng)106）可做進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)：12三、推薦方案配置13一、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)背景(一) 當(dāng)前運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的不足高校運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)是培養(yǎng)優(yōu)秀的中國(guó)運(yùn)動(dòng)控制人才，而目前國(guó)內(nèi)很多高校所建運(yùn)動(dòng)控制方面的實(shí)驗(yàn)室，基本由幾臺(tái)車床、銑床、加工中心等單一設(shè)備組成，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)缺少戰(zhàn)略規(guī)劃思想，存在許多不足。1、 耗費(fèi)資金多：幾臺(tái)機(jī)床購(gòu)買下來(lái)需要上百萬(wàn)，甚至幾百萬(wàn)上千萬(wàn)，這對(duì)于一般學(xué)校是很難實(shí)現(xiàn)的；2、 運(yùn)動(dòng)控制原理無(wú)法體現(xiàn)：訓(xùn)練操作，有關(guān)原理比如：直線插補(bǔ)等概念無(wú)法實(shí)驗(yàn)理解；3、 技術(shù)落后：很多學(xué)校

3、貴的設(shè)備買不起，只能買一些技術(shù)含量低甚至落后的來(lái)實(shí)現(xiàn)，很不利于運(yùn)動(dòng)控制方面的培養(yǎng)和發(fā)展；4、 效果差：學(xué)生多、設(shè)備少，只能走馬觀花，實(shí)際實(shí)驗(yàn)效果差。5、 學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)不理解，學(xué)的西門子，不會(huì)用發(fā)那科，又要從頭學(xué)，沒(méi)有掌握學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)控制的核心。(二) 運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展方向1、歷史回顧從1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第一試驗(yàn)性運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，到現(xiàn)在已經(jīng)走過(guò)42年歷程。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由當(dāng)初的電子管式起步，經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展階段，分體式晶體管式小規(guī)模集成電路式大規(guī)模集成電路式小型計(jì)算機(jī)式超大規(guī)模集成電路式微機(jī)式的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。80年代，運(yùn)動(dòng)控制裝置由NC向CNC發(fā)展，廣泛采用32位CPU組成多微處理

4、器系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展，CNC向人工智能方向發(fā)展。90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，推動(dòng)了運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的更快發(fā)展，知名廠家正向基于PC機(jī)構(gòu)的方向發(fā)展，完全利用PC豐富資源，使系統(tǒng)正直實(shí)現(xiàn)開(kāi)放性。2、發(fā)展方向l 基于PC全開(kāi)放性l 數(shù)字化l 網(wǎng)絡(luò)化l 高速高精度二、鷗鵬科技運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室方案總體框架1、鷗鵬科技運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)及方式l 培養(yǎng)目標(biāo)：機(jī)電一體化，運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用型人才l 培養(yǎng)方式：課堂教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)，企業(yè)實(shí)踐相結(jié)合2、鷗鵬科技運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的內(nèi)容1) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)裝、拆與測(cè)量通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解裝配精度的基本測(cè)量方法、裝備精度對(duì)設(shè)備的影響等；2) 運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)重點(diǎn)

5、知識(shí)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的模塊進(jìn)行認(rèn)知，掌握3種控制方式的特性比較、常見(jiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性比較、幾種插補(bǔ)的特性比較、反向間隙的測(cè)量與補(bǔ)償、脈沖當(dāng)量與設(shè)備運(yùn)動(dòng)速度關(guān)系、幾種精度、機(jī)床坐標(biāo)與工件坐標(biāo)等；3) 運(yùn)動(dòng)控制基本加工工藝及加工參數(shù)設(shè)置要求CAM軟件生成對(duì)加工效率的影響、基本加工參數(shù)設(shè)置（加工速度、空行速度、進(jìn)刀量等）；4) 運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的綜合創(chuàng)新應(yīng)用利用運(yùn)動(dòng)控制知識(shí)進(jìn)行工業(yè)上運(yùn)動(dòng)控制專機(jī)的應(yīng)用創(chuàng)新，如運(yùn)動(dòng)控制雕刻機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)、運(yùn)動(dòng)控制點(diǎn)膠機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)等。5) 運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室層次示例運(yùn)動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)控制加工工藝實(shí)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用三、課程大綱序號(hào)單元基于工作工程的項(xiàng)目實(shí)踐內(nèi)容

6、技能歸納學(xué)時(shí)1運(yùn)動(dòng)控制工作臺(tái)和機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制工作臺(tái)系統(tǒng)機(jī)械組件的安裝、電氣與控制器的連接；使用運(yùn)動(dòng)控制器調(diào)試環(huán)境進(jìn)行參數(shù)配置和進(jìn)行簡(jiǎn)單的位置控制1機(jī)電一體化系統(tǒng)基本組成和基本的安裝調(diào)試過(guò)程2運(yùn)動(dòng)控制器的調(diào)試環(huán)境和系統(tǒng)特征參數(shù)62機(jī)械組件的安裝和調(diào)試直線運(yùn)動(dòng)模塊機(jī)械組件的裝配旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的換算直線運(yùn)動(dòng)模塊裝配質(zhì)量的檢驗(yàn)1直線運(yùn)動(dòng)模塊的裝配技能2滾珠絲杠和滾動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)特性3直線運(yùn)動(dòng)精度的檢測(cè)方法43傳感器選型和電氣特性限位開(kāi)關(guān)的安裝與測(cè)試光電編碼器的信號(hào)讀取和位置換算光柵尺的安裝與使用1限位開(kāi)關(guān)的選型2光電編碼器當(dāng)量的計(jì)算3光柵尺的安裝使用技巧64驅(qū)動(dòng)與執(zhí)行裝置步進(jìn)電機(jī)的使用和編程控

7、制交流伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)調(diào)整1步進(jìn)電機(jī)使用技巧2交流伺服系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整技巧85運(yùn)動(dòng)控制器與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)脈沖運(yùn)動(dòng)控制器/經(jīng)濟(jì)型運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)和交流伺服電機(jī)的電氣連接閉環(huán)模擬運(yùn)動(dòng)控制器/高性能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)與交流伺服電機(jī)的電氣連接1運(yùn)動(dòng)控制器的分類和應(yīng)用2開(kāi)環(huán)脈沖運(yùn)動(dòng)控制器3閉環(huán)模擬量運(yùn)動(dòng)控制器4運(yùn)動(dòng)控制器的總線通訊5運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的分類和應(yīng)用106運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和數(shù)字濾波（PID）運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的點(diǎn)位控制控制測(cè)試運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的連續(xù)軌跡加工測(cè)試運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制參數(shù)的調(diào)整1運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置技能功能2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的操作技能3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)試技能127多軸插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)多軸插補(bǔ)功能的

8、測(cè)試運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)多軸聯(lián)動(dòng)測(cè)試方法與技巧108運(yùn)動(dòng)控制編程真實(shí)編程加工測(cè)試運(yùn)動(dòng)控制編程的方法與技巧129課程的歸納和總結(jié)撰寫(xiě)學(xué)習(xí)心得和體會(huì)2學(xué)時(shí)合計(jì)70以上教材由王文斌博士主編，深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院教師和深圳鷗鵬科技有限公司資深控制工程師協(xié)助編寫(xiě)，將于2008年由電子工業(yè)出版社出版。相關(guān)課程: 運(yùn)動(dòng)控制原理，運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用等四、配套設(shè)備與器材將最為常用的運(yùn)動(dòng)控制銑床小型化、模塊化，配合基于PC和運(yùn)動(dòng)控制器的通用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)或者廣州運(yùn)動(dòng)控制等專用系統(tǒng)，組成完全符合工作過(guò)程導(dǎo)向的實(shí)訓(xùn)和教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)。具體包括：直線運(yùn)動(dòng)模塊裝配套件、電氣控制系統(tǒng)接線套件、模塊化小型雕銑機(jī)床對(duì)象、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等。1、

9、直線運(yùn)動(dòng)模塊裝配套件機(jī)械運(yùn)動(dòng)模塊是機(jī)電系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的組成部分，其安裝調(diào)試及維護(hù)在系統(tǒng)中尤為重要。單軸直線運(yùn)動(dòng)模塊提供使用者運(yùn)動(dòng)模塊套件，套件包含完整的模塊零部件（機(jī)械件，電機(jī)等），零部件清單，裝配圖，完善的裝配指引及相應(yīng)的工具，利用這些套件，可以裝配出完整的直線運(yùn)動(dòng)模塊，并加以調(diào)試。套件裝配完成后如下圖裝配完成后，可通過(guò)可選控制器對(duì)裝配好的直線運(yùn)動(dòng)模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)調(diào)試?？刂破骺蛇x嵌入式，基于PC等，或直接使用驅(qū)動(dòng)器之調(diào)試功能進(jìn)行調(diào)試。2、 電氣控制系統(tǒng)接線套件套件裝配完成后如下圖3、模塊化小型雕銑機(jī)床對(duì)象1）二維平臺(tái)和三維帶主軸平臺(tái)可隨意相互轉(zhuǎn)換步進(jìn)電機(jī)法蘭套件光柵尺工作臺(tái)面一維平臺(tái)套件一維

10、平臺(tái)套件二維平臺(tái)（帶筆架）三維帶主軸平臺(tái)伺服電機(jī)法蘭套件主軸2）控制部分：基于PCI總線和DSP的運(yùn)動(dòng)控制器a) 硬 件：DSP+CPLD b) 性能參數(shù)：1. 4軸交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制2. 輸出方式：脈沖/方向、模擬電壓3. 脈沖輸出驅(qū)動(dòng)電流20mA，輸出頻率范圍0.1Hz1MHz4. 10V 、12位模擬電壓輸出5. 4倍頻增量光電編碼器/光柵輸入，輸入最高頻率1.2MHz6. 可編程事件中斷，中斷號(hào)可跳線選擇7. 內(nèi)置計(jì)時(shí)器，具有2230倍伺服周期可編程定時(shí)中斷能力8. PCI總線接口9. 零位捕獲功能10. IO功能11. 2路輔助編碼器12. PID+速度前饋13. 可編程梯形曲線、

11、速度跟蹤、電子齒輪和直接輸出等軌跡控制方式14. 32位運(yùn)算精度c) 軟件支持1. DOS庫(kù)文件，Windows動(dòng)態(tài)連接庫(kù)2. Windows調(diào)試環(huán)境，便于了解功能以及學(xué)習(xí)函數(shù)編程，滿足系統(tǒng)硬件測(cè)試3. 通用控制軟件，采用G指令和專用的PLC指令，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)無(wú)需編寫(xiě)控制軟件3）驅(qū)動(dòng)模塊a) 交流伺服電機(jī)：（施耐德 ）序號(hào)部件名稱主要參數(shù)備注圖片1電機(jī)功率：200W編碼器：2500P/R輸入電流：1.5A額定轉(zhuǎn)矩：0.637NM額定轉(zhuǎn)速：3000 rpm2驅(qū)動(dòng)器功率：200W輸入電壓：交流200230V輸入電壓頻率：50/60HZ頻率響應(yīng)特性：500HZb) 步進(jìn)電機(jī)：電機(jī)型號(hào)最大靜力矩額定相電流

12、相阻抗(ohms) 相感抗(mH)圖片(N.m) (A)57HS2A1261.262.80.853細(xì)分器：XAL-35：DC2440V；1.33.5A；2256細(xì)分c) 可選配件：光柵尺：KA-300，分辨率：5微米，速度：米/分： 有效行程根據(jù)機(jī)械平臺(tái)的有效行程確定4）可構(gòu)成機(jī)電控制系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖片開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)器上位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器電機(jī)負(fù)載 應(yīng)用程序指令運(yùn)動(dòng)指令 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 半閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器上位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器電機(jī)負(fù)載 應(yīng)用程序指令運(yùn)動(dòng)指令 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 位置反饋速度反饋反饋元件全閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器上位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器電機(jī)負(fù)載 應(yīng)用程序指令運(yùn)動(dòng)指令 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 位置反饋速度反饋反饋元件5）應(yīng)用軟件系統(tǒng)a) 運(yùn)動(dòng)控制器調(diào)試環(huán)境

13、運(yùn)動(dòng)控制器調(diào)試環(huán)境是基于DSP+CPLD運(yùn)動(dòng)控制器的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境，為用戶提供最為基本的運(yùn)動(dòng)控制的使用，開(kāi)發(fā)范例，步驟。調(diào)試環(huán)境包括參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)顯示、運(yùn)動(dòng)控制、輸入輸出測(cè)試、中斷測(cè)試、PID設(shè)置、動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試、ZL指令編程等功能狀態(tài)顯示窗口功能操作窗口功能選擇按鈕硬件復(fù)位按鈕硬件型號(hào)操作信息窗口b) 通用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通用控制系統(tǒng)采用VC6.0編制，基于WINDOWS NT 4.0及以上操作系統(tǒng)，集成化設(shè)計(jì)，集運(yùn)動(dòng)控制模塊，顯示操作模塊和機(jī)床操作面板于一體，純軟件操作，人機(jī)界面友好，縮小了體積，減少了連接，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性，可直接應(yīng)用于工業(yè)，用戶可以輕松進(jìn)行NC代碼編程，驗(yàn)證，乃至結(jié)果

14、輸出（通過(guò)筆架繪出或三維加工）。通用控制系統(tǒng)軟件包含三個(gè)主要功能模塊：程序編輯、手動(dòng)控制、自動(dòng)加工c) 反向間隙補(bǔ)償該模塊了解工程系統(tǒng)中反向間隙的產(chǎn)生原因，并進(jìn)行間隙補(bǔ)償?shù)墓こ虒?shí)際問(wèn)題。也可作為運(yùn)動(dòng)控制器的學(xué)習(xí)和使用，步進(jìn)伺服系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和使用，常用元部件的學(xué)習(xí)和使用，機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制軟件編程等。d) 交流伺服電機(jī)動(dòng)力學(xué)特性系統(tǒng)可作為運(yùn)動(dòng)控制器的學(xué)習(xí)和使用，交流伺服系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和使用，常用元部件的學(xué)習(xí)和使用，以及PID調(diào)節(jié)器使用與編程，機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制軟件編程等。e) 運(yùn)動(dòng)控制插補(bǔ)原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法兩種插補(bǔ)方法的介紹和演示，使用戶比較直觀地了解具體地插補(bǔ)過(guò)程和結(jié)果，

15、加深對(duì)運(yùn)動(dòng)控制插補(bǔ)原理的認(rèn)識(shí)，用戶可以通過(guò)自己的插補(bǔ)算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。6）可做進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)：a) 運(yùn)動(dòng)控制器基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)b) 電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器調(diào)整實(shí)驗(yàn)c) 電機(jī)特性實(shí)驗(yàn)（交流伺服、直流伺服、步進(jìn)）d) 單軸運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃實(shí)驗(yàn)e) 插補(bǔ)原理及實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)f) G代碼編譯實(shí)驗(yàn)軸線定位精度、重復(fù)定位精度的測(cè)量g) 交流伺服系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)器位置、速度、力矩回路的調(diào)整h) 編碼器和直線光柵實(shí)驗(yàn)：位置、速度、加速度的測(cè)量i) 反饋控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)與分析j) 點(diǎn)位控制實(shí)驗(yàn)k) Windows環(huán)境下的編程實(shí)驗(yàn)l) 絲杠的間隙及誤差補(bǔ)償測(cè)量m) 負(fù)載變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響n) 外部干擾對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響三、方案配置及報(bào)價(jià)參考廠商：深圳鷗鵬科技有限公司以30名學(xué)生為一班，同時(shí)開(kāi)設(shè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，3人為一組。推薦實(shí)訓(xùn)設(shè)備方案與預(yù)算如下可起草標(biāo)書(shū)用設(shè)備名稱型號(hào)技術(shù)參數(shù)數(shù)量單價(jià)金額備注三維伺服實(shí)驗(yàn)平臺(tái)OT-XY201505ALOpenNC軟件，OTXY201505可拆裝運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（P4精度）、四軸DSP運(yùn)動(dòng)控制卡（PCI總線）、200W交流伺服電機(jī)3套（帶安裝法蘭）、電控箱（含兩套伺服驅(qū)動(dòng)器和電源等）49000三維步進(jìn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)OT-XY201505SLOpenNC軟件，OTXY201505可拆裝運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（P4精度）、四軸DSP運(yùn)動(dòng)控制卡（PCI總線）、步進(jìn)電機(jī)3套（帶