運動控制與伺服驅(qū)動技術(shù)及應(yīng)用 課件-第1章 運動控制技術(shù)

運動控制與伺服驅(qū)動技術(shù)及應(yīng)用

中國智能制造挑戰(zhàn)賽運動控制與伺服驅(qū)動技術(shù)及應(yīng)用

第1章運動控制技術(shù)

第2章機器人運動控制算法

第3章S7-200PLC伺服運動控制

第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制

第5章運動控制綜合實訓(xùn)2第1章運動控制技術(shù)1.1運動控制技術(shù)的定義運動控制是通過機械傳動裝置對運動部件的位置、速度進(jìn)行實時的控制管理，使運動部件按照預(yù)期的軌跡和規(guī)定的運動參數(shù)（如速度、加速度參數(shù)等）完成相應(yīng)的動作。 3第1章運動控制技術(shù)1.2運動控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)典型的現(xiàn)代運動控制系統(tǒng)的硬件主要由上位計算機、運動控制器、功率驅(qū)動裝置、電動機、執(zhí)行機構(gòu)和傳感器反饋檢測裝置等部分組成。1.2.1運動控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成4第1章運動控制技術(shù)（1）人機界面：PC機/觸摸屏/工控機；（2）運動控制器：專用運動控制器/開放式結(jié)構(gòu)運動控制器；（3）驅(qū)動器：全數(shù)字式驅(qū)動器；（4）執(zhí)行機構(gòu)：步進(jìn)電機/伺服電機/直線電機；（5）反饋機構(gòu)：位置反饋元件（角度、位移）/速度反饋元件；（6）傳動機構(gòu)：齒型帶/減速器/齒輪齒條/滾珠絲杠。5第1章運動控制技術(shù)1.2.2運動控制系統(tǒng)的典型構(gòu)成1.開環(huán)控制系統(tǒng)（OpenLoop）步進(jìn)電機的開環(huán)運動控制系統(tǒng)：沒有位置檢測反饋裝置，最大的特點是控制方便、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜。6伺服電機的開環(huán)運動控制系統(tǒng)：通過運動控制器輸出脈沖類型信號給伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器工作于位置控制模式。第1章運動控制技術(shù)1.2.2運動控制系統(tǒng)的典型構(gòu)成2.閉環(huán)控制系統(tǒng)（CloseLoop）半閉環(huán)運動控制系統(tǒng)：位置反饋采用轉(zhuǎn)角檢測元件，直接安裝在伺服電機端部。7全閉環(huán)運動控制系統(tǒng)：采用光柵等檢測元件對被控單元進(jìn)行位置檢測，可以消除從電機到被控單元之間整個機械傳動鏈中的傳動誤差，利用控制器實現(xiàn)雙閉環(huán)（位置環(huán)與速度環(huán)）。第1章運動控制技術(shù)1.2.3運動控制系統(tǒng)的反饋元件運動控制系統(tǒng)反饋元件的核心是傳感器：1.霍爾傳感器霍爾傳感器的作用是產(chǎn)生電機換相信號。2.測速發(fā)電機測速發(fā)電機的作用是產(chǎn)生電機速度信號。3.旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器的作用是產(chǎn)生電機位置信號。4.光電式位置檢測元件旋轉(zhuǎn)式光電編碼器（檢測電機位置、速度和換相信號）光柵尺（檢測負(fù)載位置）反饋元件獲取系統(tǒng)中的信息并向運動控制器反映系統(tǒng)狀況。反饋原件在閉環(huán)控制系統(tǒng)中形成反饋回路，將指定的輸出量反饋給運動控制器。控制器則根據(jù)反饋信息進(jìn)行控制決策。8第1章運動控制技術(shù)

1.2.3運動控制系統(tǒng)的反饋元件編碼器的兩種應(yīng)用方式：安裝在伺服電機端部，直接反饋電機的實際轉(zhuǎn)速，可獲得較高的定位精度。安裝在運動控制系統(tǒng)負(fù)載端部，直接反饋實際位置，可以消除從電機到被控單元之間整個機械傳動鏈中的傳動誤差，得到很高的靜態(tài)定位精度。9第1章運動控制技術(shù)

1.2.4運動控制系統(tǒng)的機械傳動機構(gòu)（1）齒型帶：價格便宜、反應(yīng)慢，控制帶寬窄的場合（小于10Hz）；（2）齒輪減速器：間隙較大，擺線和外擺線齒輪減速相齒隙較小，但價格貴；（3）諧波齒輪減速箱：體積小、傳動比大、齒隙小，但價格較貴，剛性不高（10Hz-30Hz）；（4）蝸桿減速器：應(yīng)用場合有限，不適合低速時使用，潤滑要求高、效率低；（5）齒輪齒條：傳動行程長、反向間隙較大，非線性因素，易引起系統(tǒng)振蕩，電機噪聲；（6）滾珠絲杠：可以適合多種情形的傳動，精度高、齒隙較小、可以達(dá)到較高的速度，對大行程的傳動不合適，抗彎抗扭的剛性和慣量限制了電機選型和系統(tǒng)控制帶寬。10第1章運動控制技術(shù)1.3伺服控制系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是運動控制的中樞神經(jīng)和動力系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動器、電機、編碼器構(gòu)成。伺服驅(qū)動器是信號轉(zhuǎn)換和信號放大的中樞。伺服電機是伺服系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，小功率伺服系統(tǒng)中多用永磁式伺服電機。編碼器實時記錄位置信息并反饋信號，構(gòu)成閉環(huán)控制。11