交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

本課程的任務(wù)：了解溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)及選型把握永磁同步電動(dòng)機(jī)溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)的建模、掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真方法了解多種現(xiàn)代溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握技術(shù)了解溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用1.1 什么是“溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握”1.2溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)的進(jìn)展1.3溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)1.4現(xiàn)代溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握技術(shù)1.5課程特點(diǎn)、內(nèi)容安排及學(xué)習(xí)方法(1)電機(jī)：機(jī)電能量變換的主要裝置1、電機(jī)及運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)1.1 什么是“溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握”直流、溝通旋轉(zhuǎn)、直線、多自由度…三相交流鼠籠式異步電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子直流電動(dòng)機(jī)自動(dòng)掌握系統(tǒng)〔按應(yīng)用分〕：運(yùn)動(dòng)掌握(Motioncontrol)過程掌握(Processcontrol)例如：過程掌握:啤酒發(fā)酵過程，化工提煉過程，鍋爐掌握運(yùn)動(dòng)掌握:〔續(xù)頁〕(2)運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)主要區(qū)分是被控量及掌握目標(biāo)不同，“運(yùn)動(dòng)掌握”以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備---電機(jī)為掌握對(duì)象，解決“電能機(jī)械能”中的掌握問題，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)要求

(2)運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)芯片光刻機(jī)主軸電機(jī)帶制動(dòng)器伺服電機(jī)伺服電機(jī)刀庫刀具定位電機(jī)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)定位電機(jī)數(shù)控機(jī)床各種制造裝備及生產(chǎn)線:PCB生產(chǎn)線：貼焊、打孔、放置生產(chǎn)線運(yùn)動(dòng)掌握半導(dǎo)體制造裝備：光刻機(jī)、芯片封裝機(jī)機(jī)械加工裝備：各型數(shù)控機(jī)床(2)運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的伺服掌握ASIMO2023:行走速度3.2km/h2023:舞蹈機(jī)器人〔近藤〕2023:自行車自主運(yùn)行2023：仿生龜空間機(jī)器車：旅居者〔1997〕軍事裝備：雷達(dá)跟蹤，自動(dòng)武器，飛行器掌握民用及醫(yī)療：空調(diào)、洗衣機(jī)、CT機(jī)現(xiàn)代交通：電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車、磁懸浮按電機(jī)分：直流傳動(dòng)系統(tǒng)溝通傳動(dòng)系統(tǒng)按被控量分：以速度為掌握量：調(diào)速系統(tǒng)以位置為掌握量：位置隨動(dòng)系統(tǒng)〔伺服系統(tǒng)〕按掌握器的類型分:模擬掌握系統(tǒng)數(shù)字掌握系統(tǒng)按掌握原理分：PID掌握、模糊掌握…按閉環(huán)數(shù)分：單環(huán)、雙環(huán)、多環(huán)系統(tǒng)(3)運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)分類可穿插：如數(shù)字式雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握是以電力電子為根底、以溝通電機(jī)為掌握對(duì)象、以自動(dòng)掌握理論為指導(dǎo)、以電子技術(shù)和微處理器掌握及計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)為手段,并與檢測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)相結(jié)合,將預(yù)定的掌握方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機(jī)械運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確的位置掌握〔速度掌握、轉(zhuǎn)矩〕的掌握。2“溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握”定義簡而言之：溝通電機(jī)驅(qū)動(dòng)的位置隨動(dòng)〔伺服〕運(yùn)動(dòng)掌握制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長的發(fā)動(dòng)機(jī)、國家安全的重要保障及國家綜合實(shí)力的主要表達(dá)溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握是運(yùn)動(dòng)掌握技術(shù)的進(jìn)展趨勢(shì)，是數(shù)字制造裝備的核心功能部件，應(yīng)用廣泛3溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握技術(shù)的重要性高性能溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)的主要制造商：美國:GE,Rockwell,Emerson,Ansolder,…歐洲:Siemens,ABB,CT(Emerson),…日本:Toshiba,Mitsubishi,Hitachi,Fuji,…19世紀(jì)中先后誕生了直流傳動(dòng)和溝通傳動(dòng)。在20世紀(jì)的大局部年月里，已形成公認(rèn)的格局：

溝通不調(diào)速 80% 直流調(diào)速 20%在20世紀(jì)80-90年月形成新的格局： 溝通調(diào)速 80% 直流調(diào)速 10% 溝通不調(diào)速 10%1.2 溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握的進(jìn)展1長期以來，電機(jī)調(diào)速以直流電機(jī)為主20世紀(jì)70年月以前，但凡要求調(diào)速范圍廣速度掌握精度高和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好的場(chǎng)合，幾乎全都承受直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，而溝通電動(dòng)機(jī)主要用于不需要變速的電力傳動(dòng)系統(tǒng)中，由于：〔1〕直流電動(dòng)機(jī)易于掌握，轉(zhuǎn)變電機(jī)的輸入電壓或勵(lì)磁電流，就可在范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。〔2〕溝通電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)矩特性不是固定的，不易掌握。2直流電機(jī)存在嚴(yán)峻缺陷：機(jī)械接觸式換向器〔1〕換向器外表線速度及換向電流、電壓有一極限容許值?！?〕由于要照看到換向器的牢靠工作，電樞及換向器的直徑一般都做的比較大，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就大?！?〕換向器必需定期停機(jī)檢修，運(yùn)行中也要常常留意觀看換向器的火花狀況。1.2 溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握的進(jìn)展3溝通電機(jī)的優(yōu)越性溝通電動(dòng)機(jī)，特殊是籠式異步電動(dòng)機(jī)，擁有構(gòu)造簡潔、牢固耐用、價(jià)格廉價(jià)及不需要常常修理等特點(diǎn)，使其得到了特別廣泛的應(yīng)用。假設(shè)能掌握好，它具有直流電機(jī)無法比較的優(yōu)越性。1.2 溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握的進(jìn)展〔1〕20世紀(jì)20年月人們就生疏到了，但當(dāng)時(shí)直至本世紀(jì)50年月中期，始終幾乎無法實(shí)現(xiàn)。〔2〕20世紀(jì)50年月中期，晶閘管研制成功，不僅開創(chuàng)了電力電子技術(shù)的新時(shí)代，同時(shí)也帶來溝通電機(jī)掌握技術(shù)進(jìn)展的一個(gè)大飛躍?！?〕20世紀(jì)70年月進(jìn)展起來的矢量掌握理論帶溝通電機(jī)掌握技術(shù)的革命，使溝通電機(jī)的掌握性能在理論上和直流電機(jī)相當(dāng)。〔4〕20世紀(jì)80年月的直接轉(zhuǎn)矩掌握方法，也對(duì)溝通電機(jī)掌握技術(shù)進(jìn)展進(jìn)展起來推動(dòng)作用。4溝通電機(jī)調(diào)速技術(shù)的進(jìn)展電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、溝通電機(jī)掌握技術(shù)進(jìn)展極大促進(jìn)了溝通電機(jī)伺服運(yùn)動(dòng)掌握技術(shù)的進(jìn)展和應(yīng)用。1.2 溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握的進(jìn)展1.3 溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握的組成及根本要求1骨骼運(yùn)動(dòng)電機(jī)局部：溝通永磁電機(jī)功率變換局部：可控整流、直流斬波、逆變等掌握器局部：PID掌握、自適應(yīng)掌握、模糊掌握、智能掌握、矢量掌握、直接轉(zhuǎn)矩掌握等大腦/脊椎傳出神經(jīng)效應(yīng)器傳入神經(jīng)感受器肌肉/骨骼2溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握的組成指令發(fā)生器多軸位置掌握器伺服驅(qū)動(dòng)X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)目標(biāo)位置指令電流位置/速度反響插補(bǔ)算法位置掌握位置掌握速度掌握電流掌握2溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握的組成指令位置/速度反響電流電網(wǎng)單軸運(yùn)動(dòng)3溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)的根本要求1、穩(wěn)定性好：系統(tǒng)在給定輸入或干擾作用下，能快速調(diào)整到達(dá)新的或者回復(fù)到原有的平衡狀態(tài)。2、精度高：系統(tǒng)輸出量跟隨輸入量的準(zhǔn)確程度。通常在0.01mm~0.001mm之間。3、快速響應(yīng)性好：跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)快，過渡調(diào)整時(shí)間在200ms以內(nèi)，上升率大。1.4現(xiàn)代溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握技術(shù)數(shù)字化、高精度、高速度、高性能是溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)的進(jìn)展方向，主要表現(xiàn)在：1、利用快速進(jìn)展的電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)，增加軟件掌握功能，排解模擬電路的誤差及溫度漂移等因素的影響，承受最優(yōu)掌握、自適應(yīng)掌握2、開發(fā)高精度、快速檢測(cè)元件3、開發(fā)高性能伺服電機(jī)4、掌握理論在伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用1.全數(shù)字溝通伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)全數(shù)字進(jìn)給伺服系統(tǒng)

脈沖比較伺服系統(tǒng)全數(shù)字溝通伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的進(jìn)展過程2.直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

旋轉(zhuǎn)電機(jī)和直線電機(jī)構(gòu)造比照1〕高速響應(yīng)：取消了響應(yīng)時(shí)間常數(shù)較大的機(jī)械傳動(dòng)件。2〕精度：取消了機(jī)械構(gòu)造產(chǎn)生的傳動(dòng)間隙和誤差。3〕傳達(dá)剛度高：避開了中間傳導(dǎo)環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運(yùn)動(dòng)滯后，同時(shí)提高了傳達(dá)剛度。4〕速度快、加減速過程短：可達(dá)2~10g，滾珠絲桿0.1~0.5g。5〕行程長度不受限制。6〕噪聲低。7〕效率高。直線電機(jī)性能特點(diǎn)：3.可編程計(jì)算機(jī)掌握器技術(shù)傳統(tǒng)的PLC大多承受單任務(wù)的時(shí)鐘掃描或監(jiān)控程序，無法滿足I/O通道的高實(shí)時(shí)性要求，PCC承受分時(shí)多任務(wù)機(jī)制構(gòu)筑其應(yīng)用軟件平臺(tái)，滿足了實(shí)時(shí)掌握的要求。4.運(yùn)動(dòng)掌握卡基于工業(yè)PC機(jī)、用于各種運(yùn)動(dòng)掌握?qǐng)龊系纳衔徽莆諉卧３惺軐I(yè)運(yùn)動(dòng)掌握芯片或高速DSP作為運(yùn)動(dòng)掌握核心，PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互和實(shí)時(shí)監(jiān)控，掌握卡完成運(yùn)動(dòng)掌握的全部工作。標(biāo)準(zhǔn)化、柔性、開發(fā)性；便利構(gòu)建運(yùn)動(dòng)掌握硬件平臺(tái)；充分發(fā)揮PC機(jī)的功能。PC+PMAC運(yùn)動(dòng)掌握卡構(gòu)建的二維平臺(tái)20MHzMotorolaDSP56001系列數(shù)據(jù)信號(hào)處理器8路〔數(shù)模轉(zhuǎn)換〕16位DAC輸出16個(gè)碼盤通道輸入16個(gè)通用I/OI/O擴(kuò)展端口越程極限，回原點(diǎn)，伺服放大器報(bào)警，使能標(biāo)志信號(hào)接口LCD和VFD顯示端口Busand/orRS-422通信脫機(jī)運(yùn)行G-Code編程〔可自定義〕PMAC1的標(biāo)準(zhǔn)配置線性，圓弧，三次軌跡計(jì)算，樣條插補(bǔ)256個(gè)運(yùn)動(dòng)程序存儲(chǔ)力量64個(gè)異步PLC程序存運(yùn)行超大程序的實(shí)時(shí)下載執(zhí)行功能64位位置計(jì)數(shù)范圍位置環(huán)，速度環(huán)，電流環(huán)三環(huán)矢量掌握力量曲線加減速掌握自定義伺服算法力量電子齒輪先進(jìn)的PID及擴(kuò)展伺服算法5.網(wǎng)際開放式構(gòu)造高性能DSP多軸運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)技術(shù)多軸運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)由運(yùn)動(dòng)掌握器與伺服驅(qū)動(dòng)器組成，降低整體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)掌握的路徑誤差及伺服軸的跟隨誤差。DSP掌握和數(shù)據(jù)通信，多軸伺服單元、IO子系統(tǒng)以及中心處理系統(tǒng)集成為獨(dú)立的高性能多軸運(yùn)動(dòng)掌握器。多軸掌握指令集合在一個(gè)中斷周期內(nèi)完成，抑制了傳統(tǒng)的多片單片機(jī)的并行構(gòu)造的同步掌握瓶頸。DSP掌握+現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，可在線設(shè)置和重構(gòu)，軟件升級(jí)硬件?；赥CP/IP安全通信協(xié)議，更安全牢靠、傳輸效率更高。6.現(xiàn)場(chǎng)總線〔CAN/SERCOS/…〕運(yùn)動(dòng)掌握技術(shù)支持分布式掌握或?qū)崟r(shí)掌握的串行通信局域網(wǎng)絡(luò)。基于現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)化溝通伺服體系構(gòu)造的核心局部是帶有現(xiàn)場(chǎng)總線接口的多軸治理器、全數(shù)字溝通伺服驅(qū)動(dòng)器。SERCOS現(xiàn)場(chǎng)總線運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)英國trio(翠歐)多軸運(yùn)動(dòng)掌握器具有RS232、RS485、USB、Ethernet、CANBus、SERCOS的通訊功能和具有HostLink、DeviceNet、ModBus通訊協(xié)議的多軸數(shù)字運(yùn)動(dòng)掌握器，最多可以掌握24個(gè)軸7.智能數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)智能數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)展的突破點(diǎn)是高精度智能化溝通伺服系統(tǒng)的研制，它的智能水平打算了數(shù)控系統(tǒng)的掌握精度，是提高數(shù)控機(jī)床加工精度的關(guān)鍵技術(shù)。自學(xué)習(xí)、自組織、自識(shí)別的溝通伺服掌握器，不依靠于對(duì)象模型的智能掌握器。核心承受與PC機(jī)體系構(gòu)造兼容和多機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)技術(shù)的設(shè)計(jì)而形成的開放式系統(tǒng)。課程體系：區(qū)分于電類，針對(duì)機(jī)類根底、側(cè)重于應(yīng)用機(jī)電一體化產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平的凹凸，已是當(dāng)今世界衡量一個(gè)國家實(shí)力和國際地位的重要標(biāo)志。高等學(xué)校應(yīng)培育根底扎實(shí)、學(xué)問面寬、力量強(qiáng)、素養(yǎng)高，具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐力量的“機(jī)電復(fù)合型”人才，使學(xué)生把握機(jī)、電、液、計(jì)算機(jī)等綜合掌握系統(tǒng)的技術(shù)。1.4課程內(nèi)容安排、學(xué)習(xí)方法電類《電機(jī)與運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)》微機(jī)原理及接口、工程掌握根底、機(jī)電傳動(dòng)掌握溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)數(shù)控技術(shù)1緒論(2學(xué)時(shí))2伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)及元件(2學(xué)時(shí))3溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)模型及仿真分析(10學(xué)時(shí))5基于PC運(yùn)動(dòng)掌握板卡的溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)(2學(xué)時(shí))6基于CANbus現(xiàn)場(chǎng)總線的溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)(2學(xué)時(shí))7基于DSP技術(shù)的溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)(3學(xué)時(shí))8溝通伺服運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)的典型案例分析(1學(xué)時(shí))9復(fù)習(xí)(2學(xué)時(shí))原理(電機(jī)學(xué)、掌握理論)技術(shù)〔電力電子、計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)〕產(chǎn)品應(yīng)用方案1課程的內(nèi)容安排教程：