sim在數(shù)字化對接系統(tǒng)中的多軸同步控制應(yīng)用

1、機(jī)電MECHANICAL AND ELECTRICAL CONTROLSIMOTION 在數(shù)字化對接系統(tǒng)中的多軸同步應(yīng)用Application of SIMOTION in Multi-Axis Synchronization Control of Digital Butt System北京航空制造工程張 楊 高明輝與運(yùn)動(dòng)功能，主要應(yīng)用于要求復(fù)雜 摘要 數(shù)字化對接系統(tǒng)，基于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)速度快和要求精確運(yùn)動(dòng)的領(lǐng)域中。本課題介紹了西門子 SIMOTION 運(yùn)動(dòng)SIMOTION 提出了虛擬軸的方法，實(shí)現(xiàn)多軸同步，系統(tǒng)開發(fā)了 SIMOTION接口軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的在數(shù)字化對接系統(tǒng)中多軸同步上的應(yīng)用，同

2、時(shí)給可靠傳輸。數(shù)字化對接系統(tǒng)中的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了多軸出了數(shù)字化對接系統(tǒng)中 SIMOTION 多軸同步和同步方法的有效性。：運(yùn)動(dòng)SIMOTION 與上位機(jī)接口軟件的實(shí)現(xiàn)方法。多軸同步數(shù)字化對接ABSTRACT Aimed at the digital butt system, vir- tual axis method based on motion control system SIMO- TION is presented to implement multi-axis synchroniza- tion control, and software interface is developed

3、 to transfer data and command reliably. Experiment results of digital butt system validate multi-axis synchronization controlmethod proposed.1多軸同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的部件，數(shù)字化對接系統(tǒng)可由 4 個(gè)或個(gè)數(shù)控組成。每個(gè)數(shù)控有 3 個(gè)驅(qū)動(dòng)軸，可以實(shí)現(xiàn) 3 個(gè)坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)，待對接部件固定于數(shù)控定位器上，通過多個(gè)數(shù)控的同步調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)部件的位姿調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)部件的對接。電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。Keywords: Motion controlw.91HnM

4、izIa.tcioonm Digital buttMulti-axis synchro-www PLCworld cnw飛機(jī)裝配正在從傳統(tǒng)的手工、固定式裝配向數(shù)字化、柔性裝配發(fā)展?，F(xiàn)代大型飛機(jī)對大部件裝配提出了較高的要求，一些傳統(tǒng)的裝配度的要求。已經(jīng)不能滿足裝配精部件的數(shù)字化對接是飛機(jī)柔性裝配中的一個(gè)關(guān)鍵 問題。數(shù)字化對接系統(tǒng)具有自動(dòng)化、高精度和高效率等特點(diǎn)，在國外應(yīng)用較多，近年來國內(nèi)也逐漸開始應(yīng)用。數(shù)字化對接系統(tǒng)是根據(jù)部件位姿調(diào)節(jié)算劃的路徑，轉(zhuǎn)換為數(shù)控的坐標(biāo)位移，對部件姿態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終使部件位姿與目標(biāo)位姿吻合，實(shí)現(xiàn)部件的數(shù)字化對接。數(shù)字化對接系統(tǒng)對數(shù)控的多軸同步的同步性具有較高要求，同步性

5、的好壞將直接影響對接部件的形變和對接姿態(tài)的正確性。數(shù)字化對接系統(tǒng)需要精確的電機(jī)伺服系統(tǒng)來保證對接的精度。在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，一般的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器只提供豐富的運(yùn)動(dòng)功能，邏輯和復(fù)雜運(yùn)算功能相當(dāng)弱；而一般的 PLC 雖提供了全面的邏輯功能，通過上位機(jī)算法將部件姿態(tài)的變化轉(zhuǎn)換為數(shù)控定位器各個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至但很難具備運(yùn)動(dòng)將 PLC 和伺服的全部功能。傳統(tǒng)的應(yīng)用方式是器配合使用，但這樣做存在高速數(shù)SIMOTION 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，SIMOTION 執(zhí)行運(yùn)動(dòng)程據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)同步和精確等方面的問題。西門子公序，多軸同步運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)路徑和姿態(tài)的調(diào)整。司的新一代運(yùn)動(dòng)平臺(tái) SIMOTION 本身集成了邏輯114

6、航空制造技術(shù)·2010 年第 23 期機(jī)電MECHANICAL AND ELECTRICAL CONTROL（3）穩(wěn)定性好?；?TCP 協(xié)議的 Socket 可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，具有校?yàn)和出錯(cuò)重發(fā)功能。2多軸同步實(shí)現(xiàn)方法SIMOTION 與上位機(jī)軟件的示。接口實(shí)現(xiàn)如圖 3 所SIMOTION 多軸同步底層 SIMOTION 同步運(yùn)動(dòng)的接口軟件實(shí)現(xiàn)。2.1SIMOTION 同步運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)主要包括2 個(gè)方面： 和 SIMOTION 與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)SIMOTION 的同步運(yùn)動(dòng)模式分為電子齒輪（GEAR） 和電子凸輪（CAM），GEAR 模式是實(shí)現(xiàn)主軸（Master）和從軸（Slave

7、）的線性傳遞函數(shù)關(guān)系，CAM 是實(shí)現(xiàn) Master 和 Slave 的非線性傳遞函數(shù)關(guān)系。在數(shù)字化對接系統(tǒng)中采用虛擬軸方法實(shí)現(xiàn)多個(gè)伺 服軸的同步運(yùn)動(dòng)。定義一個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)的虛軸為主軸，定義數(shù)控的伺服軸作為從軸，從軸（伺服軸）和主軸（虛軸）耦合，跟隨主軸運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)從軸的多軸同步運(yùn)動(dòng)。由于從軸跟隨主軸運(yùn)動(dòng)必然存在跟隨誤差，采用虛擬軸為主軸其他伺服軸跟隨主軸運(yùn)動(dòng)的方式可以抵消部分跟隨誤差，實(shí)現(xiàn)更好的同步性。實(shí)現(xiàn)原理圖 2 所示。ww.91HMI.comwww PLCworld cnSIMOTION 中建立 Socket 服務(wù)器端，上位機(jī)客戶端與 SIMOTION 進(jìn)行連接后命令和運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)，SIMOT

8、ION 完成多軸 CAM 曲線的生成以及多軸同步運(yùn)動(dòng)，并向上位機(jī)反饋相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和參數(shù)。3多軸同步精度驗(yàn)證為了驗(yàn)證 SIMOTION 在數(shù)字化對接系統(tǒng)中同步的有效性和精度，進(jìn)行如下試驗(yàn)：用 4 臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控進(jìn)行與對接部件連接，上位機(jī)軟件通過算法，使對接部件沿對接部件的坐標(biāo) Y 向平動(dòng)。2.2SIMOTION 與上位機(jī)接口軟件的實(shí)現(xiàn)SIMOTION 按照給定數(shù)據(jù)進(jìn)行多軸同步運(yùn)動(dòng)，抓取在多軸同步中，SIMOTION 必須可靠、快速地伺服軸實(shí)際運(yùn)動(dòng)的位移曲線和速度曲線，分析多軸同步 的有效性和精度。試驗(yàn)原理如圖 4 所示。試驗(yàn)參接收上位機(jī)的多軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)指令，完成多軸同步，這就需要實(shí)現(xiàn) S

9、IMOTION 與上位機(jī)的接口軟件。SIMOTION 支持 Profibus、TCP/IP、OPC、RS232 等多種通信協(xié)議，在多軸同步系統(tǒng)中，選用了基于以太網(wǎng)的TCP/IP 協(xié)議完成接口的實(shí)現(xiàn)， 雖開發(fā)稍為復(fù)雜，但具有以下 3 個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）靈活、開放性好?；跇?biāo)準(zhǔn)的 TCP 底層Socket 進(jìn)行通信，上位機(jī)可以使用標(biāo)準(zhǔn)語言（如 C,C+） 進(jìn)行開發(fā)和通信，自定義應(yīng)用層協(xié)議，能靈活、高性能地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能，能夠連接開發(fā)的手持操作器。（2）通信速度快。物理介質(zhì)為 100M 或 1000M 以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載小，通信速度比其他幾種物理介質(zhì)快。1152010 年第 23 期·航空制造技術(shù)

10、機(jī)電MECHANICAL AND ELECTRICAL CONTROL數(shù)如表 1 所示。表1 多軸同步試驗(yàn)參數(shù)表對 接 部 件 沿 Y 向 平 動(dòng)，分 析 4 個(gè)的Y 1,Y 2,Y 3,Y 4 軸。伺服軸實(shí)際值與設(shè)定值的位移跟隨曲線和速度跟隨曲線分別如圖 5、圖6 所示，4 個(gè)伺服軸曲線類似，只給出Y 1 的曲線。ww.91HMI.comwww PLCworld cn表2 多軸同步誤差表的跟隨誤差相差不多，但整體多軸同步同步精度。具有較高的4結(jié)束語本試驗(yàn)闡述了 SIMOTION 在數(shù)字化對接系統(tǒng)中多多軸同步運(yùn)動(dòng)的位移曲線和速度曲線如圖7和圖 8 所示。根據(jù)試驗(yàn)獲取的曲線，分析得到多軸同步誤差如表 2 所示。由表 2 可知，應(yīng)用虛擬軸方法后，位移的最大同步誤差比單軸的跟隨誤差小，速度的最大同步誤差與單軸116 航空制造技術(shù)·2010 年第 23 期軸同步應(yīng)用的關(guān)鍵問題，試驗(yàn)驗(yàn)證了基于虛擬軸方法的多軸同步的正確性和有效性，為數(shù)字化對接系統(tǒng)提供了一種多軸同步的有效方法，同時(shí)此方法也可應(yīng)用于其他軸數(shù)較多、對同步要求較高的系統(tǒng)。（責(zé)編小城）伺服軸編號(hào)位移最大跟隨誤差/mm位移最大同步誤差/mm速度最大跟隨誤差/(mm·s-1)速度最大同步誤