两维运动控制教学实验系统方案剖析.doc

前 言 两维运动控制教学实验系统是集运动控制器、交流伺服电机及驱动器、电控箱、XY控制平台及运动控制软件于一体的理想教学实验系统。各部件全部设计成独立的模块，便于面向不同的实验进行重组。XY控制台是一个采用滚珠丝杠传动的模块化十字工作台，用于实现目标轨迹和动作，为了记录运动轨迹和动作效果，专门配备了笔架和绘图装置。交流伺服电机采用日本松下的产品，交流伺服电机具有高速，高加速度，无电刷维护，环境要求低等优点。伺服电机和驱动器组成一个速度闭环控制系统，然后通过运动控制器构造一个位置闭环控制系统。安装在电机轴上的编码器充当位置传感器，用于间接测量机械部分的移动距离。控制装置由PC机、运动控制卡和相应驱动电路等组成。运动控制卡接受PC机发出的位置和轨迹指令进行规划处理，转化成伺服驱动器可以接受的指令格式，发给伺服驱动器，由伺服驱动器进行处理和放大，输出给执行装置（电机）。 该控制系统结合控制教学实验系统软件可给学生开展控制系统的基本控制作用（P、I、D）和响应实验、差补原理和实现实验、基于DSP的差补技术、数控代码编程等实验。并可作为机械制造及其自动化、自动化、电气工程与自动化等专业的《机电传动与控制》、《数控技术》、《运动控制》、《电机控制》、《计算机控制技术》、《机电一体化系统》、《机电控制工程》、《自动控制》等课程的配套实验课。 目 录 实验一 运动控制系统的组成和实验系统的基本操作………………..…...…2 实验二 运动控制器梯形曲线控制模式应用实验…………………………… 5 实验三 运动控制器S曲线控制模式应用实验 ……………………. ………11 实验四 运动控制器速度曲线控制模式应用实验………………….…..…… 15 实验五 运动控制器电子齿轮控制模式应用实验………………..………..…18 实验六 运动控制器的调整实验——控制系统PID控制的调整和响应…....21 实验七 直线插补原理和实现实验 ……………………………………..……..25 实验八 圆弧插补原理和实现实验 …………….……………………….……..33 实验九 基于DSP的插补技术实验…………………………..………………..41 实验十 基于坐标轴的轨迹规划实验 …………………………..……………..43 实验十一 数控代码编程（G指令）实验…………………………………….47 实验十二 运动控制器复杂运动轨迹实现实验 …………………..…………..51 实验十三 运动控制器高级语言编程实验1（基于VC6.0）………………） ………………………………..……..59 实验十六 复杂运动轨迹的计算机网络控制实验……………………………65 实验十七 运动控制器控制模式远程控制实验…………………………..…..66 实验十八 轨迹规划实验的远程控制……………………...…………. ……...67 附录A GTCommander演示程序使用说明 …. .…………. ………………68 附录B 运动控制器软件编程函数说明…………………...…………. ……72 实验一 运动控制系统的组成和实验系统的基本操作 一、实验目的 了解运动控制系统的基本组成和应用实例，掌握实验平台的基本操作。 二、实验设备 1、伺服工作台一套（包括交流伺服电机及驱动器和XY控制平台） 2、GT-400-SV控制卡一块 3、PC机一台 4、运动控制卡演示软件 三、实验理论知识 （一）控制系统的组成： 运动控制系统的组成大致可分为四个组成部分： 机械部分：像数控工作台和机器人那样实现目标轨迹和动作。 执行装置：将信息转化为力和能量，以驱动机械部分运动。 传感器：用于对输出端的机械运动结果进行测量、监控和反馈。 控制装置：对运动控制系统的控制信息和来自传感器的反馈信息进行 处理，向执行装置发出动作指令。 图1-1 运动控制系统的组成 运动控制系统的规划和设计方法因操作目的不同而千差万别，但作为共性问题需要对以下几个方面进行讨论。 分析系统操作目的，确定系统操作功能。 根据系统操作功能，确定系统的动作机构，和运动组合顺序。 确定操作力的方向和大小，并据此确定动力源和驱动装置。 选择并确定控制监测所需要的各种传感器。 确定控制算法和控制系统:用框图或流程图来表达所要控制的目标。 6、对2、3、4、5项，进行机械、电气、硬件和软件的设计。对材料强度。结构体积和重量进行校验，并进行软件编制。 7、必要时进行模拟仿真，对算法和系统进行检验。 8、进行精加工、装配和调试。 （二）运动控制器的发展方向 随着计算机技术的高速发展，运动控制系统已经由专用型封闭式开环控制模式转换为通用型开放式实时动态闭环