專利名稱：一種二維高性能交流伺服cnc實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，尤其是一種利用伺服控制的二維數(shù)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，具體地說(shuō)是一種二維高性能交流伺服CNC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
運(yùn)動(dòng)控制(Motion Control)為了適應(yīng)機(jī)械制造業(yè)的需求而正迅速發(fā)展，它是在電驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而形成的一門綜合性多學(xué)科的交叉技術(shù)，已發(fā)展有加工中心、柔性制造單元、機(jī)器人等。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備——電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為核心，以電力電子、功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)要求。近幾年來(lái)，運(yùn)動(dòng)控制中高性能的要求能夠得以實(shí)現(xiàn)，不少研究成果已刊登在有關(guān)自動(dòng)控制、機(jī)器人以及功率電子學(xué)等會(huì)議與雜志上，最有成效的貢獻(xiàn)發(fā)表在1990年、1992年和1995年，由IEEE、IFAC分別在日本、意大利和德國(guó)等國(guó)召開(kāi)的專題為“先進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制”、“智能自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)控制”和“運(yùn)動(dòng)控制”的國(guó)際會(huì)議的論文集上，逐步形成了一個(gè)新的國(guó)際研究熱點(diǎn)。
在當(dāng)今自動(dòng)化技術(shù)中，運(yùn)動(dòng)控制代表著用途最廣而又最復(fù)雜的任務(wù)。其原因就在于生產(chǎn)過(guò)程的速度在不斷的提高，而且制造業(yè)對(duì)加工精度和實(shí)現(xiàn)敏捷制造提出了越來(lái)越高的要求。運(yùn)動(dòng)控制的共同點(diǎn)在于它們都需要至少一個(gè)軸的數(shù)字式定位控制。該軸相對(duì)于某一主軸(主軸定位)或相對(duì)于某個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)(坐標(biāo)系統(tǒng)定位)進(jìn)行定位控制。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠保證在復(fù)雜條件下，將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠使得被控機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)精確的位置控制、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩控制或力的控制，以及這些被控機(jī)械量的綜合控制。在運(yùn)動(dòng)控制中，存在著大量的機(jī)械系統(tǒng)的速度和位置控制，一個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般由下列部件組成1)一些用來(lái)測(cè)量機(jī)械和電信號(hào)的傳感器；2)用來(lái)使機(jī)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；3)用來(lái)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)實(shí)施控制策略的控制器。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)施，使控制系統(tǒng)中的許多過(guò)去必須用硬件完成的功能均可由軟件完成。從而相當(dāng)復(fù)雜的控制結(jié)構(gòu)和控制算法得以容易的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)系統(tǒng)具有了許多新的功能，使整個(gè)系統(tǒng)更加智能化。目前高速高精度是運(yùn)動(dòng)控制研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方向，其目的在于提高機(jī)械加工的生產(chǎn)率和改善加工質(zhì)量。然而，高速高精度加工在實(shí)用中存在著擾動(dòng)、非線性、模型和參數(shù)不確定性等問(wèn)題。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制器性能與加工效率、加工質(zhì)量也有很大的關(guān)系。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中提高精度的方案主要有基于多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的控制方法和基于提高單軸運(yùn)動(dòng)精度的方法。
新一代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速度、高精度、高效率和高可靠性是優(yōu)先考慮的問(wèn)題。高速度、高精度、高效率和高可靠性4個(gè)高性能指標(biāo)是統(tǒng)一的整體。要實(shí)現(xiàn)高性能運(yùn)動(dòng)控制，高性能伺服驅(qū)動(dòng)器是基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。
高性能伺服驅(qū)動(dòng)器的作用在于接受來(lái)自數(shù)控裝置的指令信號(hào)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件跟隨指令脈沖運(yùn)動(dòng)，并保證動(dòng)作的快速和準(zhǔn)確，這就要求高質(zhì)量的速度和位置伺服。伺服系統(tǒng)的基本要求有(1)穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過(guò)程后到達(dá)新的或者回復(fù)到原有的平衡狀態(tài)。
(2)精度伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能跟隨輸入量的精確程度。作為精密加工的數(shù)控機(jī)床，要求的定位精度或輪廓加工精度通常都比較高，允許的偏差一般都在0.01～0.001mm之間。
(3)響應(yīng)性響應(yīng)性是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的標(biāo)志之一，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，一方面要求過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短，一般在100ms以內(nèi)，甚至小于幾十毫秒；另一方面，為了滿足超調(diào)要求，要求過(guò)渡過(guò)程的前沿陡，即上升率要大。
伺服系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有
(1)精確的檢測(cè)裝置以組成速度和位置閉環(huán)控制；(2)有多種反饋比較原理與方法。根據(jù)檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)信息反饋的原理不同，伺服系統(tǒng)反饋比較的方法也不相同。目前常用的有脈沖比較、相位比較和幅值比較三種。
(3)高性能的伺服電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱伺服電機(jī))用于高效和復(fù)雜型面加工的數(shù)控機(jī)床，伺服系統(tǒng)將經(jīng)常處于頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中。要求電機(jī)的輸出力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的比值大，以產(chǎn)生足夠大的加速或制動(dòng)力矩。要求伺服電機(jī)在低速時(shí)有足夠大的輸出力矩且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，以便在與機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分聯(lián)接中盡量減少中間環(huán)節(jié)。
(4)寬調(diào)速范圍的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即速度伺服系統(tǒng)。從系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)看，數(shù)控機(jī)床的位置閉環(huán)系統(tǒng)可以看作是位置調(diào)節(jié)為外環(huán)、速度調(diào)節(jié)為內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，其內(nèi)部的實(shí)際工作過(guò)程是把位置控制輸入轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的速度給定信號(hào)后，再通過(guò)調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際位移。數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)要求調(diào)速性能也比較高，因此要求伺服系統(tǒng)為高性能的寬調(diào)速系統(tǒng)。
伺服系統(tǒng)主要由執(zhí)行元件、檢測(cè)單元、比較環(huán)節(jié)、驅(qū)動(dòng)電路和機(jī)床五部分組成。其原理框圖如圖1所示。在閉環(huán)系統(tǒng)中，檢測(cè)元件將機(jī)床移動(dòng)部件的實(shí)際位置檢測(cè)出來(lái)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)反饋給比較環(huán)節(jié)。比較環(huán)節(jié)的作用是將指令信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較，兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路，控制執(zhí)行元件帶動(dòng)工作臺(tái)繼續(xù)移動(dòng)，直到跟隨誤差為零。
為了適應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及高性能伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的需要，現(xiàn)有各高校均開(kāi)設(shè)了運(yùn)動(dòng)控制以及伺服驅(qū)動(dòng)相關(guān)的課程配備了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置。由于所教學(xué)客觀規(guī)律的限制，相關(guān)理論和技術(shù)只能靠老師進(jìn)行書(shū)面講解，沒(méi)有適合學(xué)生進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制以及伺服驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的裝置，不僅影響了教學(xué)效果，而且使學(xué)生走上工作崗位后不能立即投入相關(guān)工程應(yīng)用，使理論和實(shí)際脫節(jié)。故目前急需一種既適應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及高性能伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的需要，同時(shí)又能解決教學(xué)實(shí)際，將理論和實(shí)際統(tǒng)一起來(lái)，提高學(xué)生感性認(rèn)識(shí)，有利于提高學(xué)生的動(dòng)手能力，為社會(huì)培養(yǎng)合格人材提供基礎(chǔ)的二維高性能交流伺服CNC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)供教學(xué)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為高等學(xué)校提供一種基于高精度交流伺服控制的二維高性能交流伺服CNC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種二維高性能交流伺服CNC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1、二維伺服控制系統(tǒng)2和二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)3，其特征是二維伺服控制系統(tǒng)2主要由伺服控制卡201、X向伺服驅(qū)動(dòng)器202、Y向伺服驅(qū)動(dòng)器203、X向編碼器204、Y向編碼器205、X向伺服電機(jī)206、Y向伺服電機(jī)207組成，其中實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1的信息交換的伺服控制卡201安裝在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1的ISA插槽中，并通過(guò)連接電纜與X向伺服驅(qū)動(dòng)器202和Y向伺服控制203相連，X向伺服驅(qū)動(dòng)器202通過(guò)連接電纜和X向編碼器204及X向伺服電機(jī)206相連，Y向伺服控制203通過(guò)連接電纜與Y向編碼器205、Y向伺服電機(jī)207相連；二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)3主要由X向滾珠導(dǎo)軌301、X向滾珠絲桿副302、Y向滾珠導(dǎo)軌303、Y向滾珠絲桿副304及工作臺(tái)305組成，X向滾珠絲桿副302安裝在X向滾珠導(dǎo)軌301中，其一端安裝有X向伺服電機(jī)206及X向編碼器204，另一端與支承在X向滾珠導(dǎo)軌301上的Y向滾珠導(dǎo)軌303相連，Y向滾珠絲桿副304安裝在Y向滾珠導(dǎo)軌303中，其一端安裝有Y向伺服電機(jī)207及Y向編碼器205，另一端與支承在Y向滾珠導(dǎo)軌303上的工作臺(tái)305相連。
X向伺服驅(qū)動(dòng)器202和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器203的輸入電源回路上依次連接有非熔絲斷路器401、噪聲濾波器402、磁力接觸器403和電抗器4。
X向編碼器204與X向伺服電機(jī)206整體相連后通過(guò)連軸器306與X向滾珠絲桿副302的絲桿相連，Y向編碼器205與Y向伺服電機(jī)207整體相連后通過(guò)連軸器307與Y向滾珠絲桿副304的絲桿相連。
位于二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)3底部的X向滾珠導(dǎo)軌301上固定連接有執(zhí)行部件4。
執(zhí)行部件4由固定架401和固定在固定架401上的繪圖筆402，繪圖筆402位于工作臺(tái)305的上方。
本發(fā)明的有益效果1、本發(fā)明具有性能穩(wěn)定、精度高、能夠有效地消除誤差，并且抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低的優(yōu)點(diǎn)。它不僅適用于高等學(xué)校機(jī)電一體化，電子電器，電器自動(dòng)化專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)研究，還可作為電機(jī)類本科生及研究生的開(kāi)放性試驗(yàn)平臺(tái)，為其認(rèn)識(shí)和掌握現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制以及交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)奠定必要的基礎(chǔ)。
2、本發(fā)明的的伺服驅(qū)動(dòng)器能自動(dòng)判別伺服電機(jī)的容量，可與FA網(wǎng)絡(luò)連接，更便于使用RS-232，RS-485和COMPOBUS/D通信，操作者通過(guò)電腦能執(zhí)行使用參數(shù)設(shè)定(速度/轉(zhuǎn)矩/位置)，采用高分辨率編碼器(16，17bit)，編碼器脈波數(shù)可任意分周，每次脈沖的轉(zhuǎn)動(dòng)角度可根據(jù)指令設(shè)置，制動(dòng)連鎖，模擬量，數(shù)字量輸入輸出。采用d-q軸轉(zhuǎn)換，提高轉(zhuǎn)矩控制精度，實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速平滑運(yùn)轉(zhuǎn)及定位時(shí)間縮短，諧波抑制且超調(diào)量減小。可進(jìn)行分布式控制，可接PLC控制，具有浪涌電流預(yù)防回路，以更好地保護(hù)系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)置軟件可自動(dòng)記錄故障現(xiàn)象，可顯示電機(jī)速度、監(jiān)視轉(zhuǎn)矩波形及I/O狀態(tài)，負(fù)載制動(dòng)情況，過(guò)載告警。伺服電機(jī)規(guī)格齊全(10W-55KW)，可點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行，正反轉(zhuǎn)控制，動(dòng)態(tài)剎車，再生制動(dòng)處理，緩沖啟動(dòng)，采用超小型低慣性伺服電機(jī)，尺寸多樣。電氣部分主回路與控制回路的電源完全分離，檢修容易。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用P4系列CPU，極大提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，非常適用于高速定位的場(chǎng)合，通過(guò)軟件編程，可進(jìn)行最佳調(diào)諧控制，可實(shí)現(xiàn)立體工件圖形的三維仿真和加工過(guò)程中動(dòng)態(tài)顯示，具有軟限位和硬限位的雙重保護(hù)，僅需連接伺服系統(tǒng)就能自動(dòng)對(duì)伺服電機(jī)加震，并能分析出機(jī)械系統(tǒng)的頻率，整個(gè)分析過(guò)程只需30秒鐘。機(jī)械分析器得到的結(jié)果，讀入模擬調(diào)制解調(diào)器，從而可模擬用戶機(jī)械系統(tǒng)的響應(yīng)，在設(shè)備操作前，可將指令方式更改后的速度、電流、滯留脈沖量以模擬波形的方式表現(xiàn)出來(lái)并加以確認(rèn)。個(gè)人電腦能在自動(dòng)改變?cè)鲆娴耐瑫r(shí)，以最短的規(guī)定時(shí)間找出適當(dāng)數(shù)值。
3、本發(fā)明的機(jī)械部分的基礎(chǔ)構(gòu)件采用優(yōu)質(zhì)鐵、鋁合金材料、整體鑄造的高精度工作臺(tái)面、加粗的高精度滾動(dòng)導(dǎo)軌滾珠絲桿，具有精度高(0.01mm)、壽命長(zhǎng)、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、美觀等特點(diǎn)。可應(yīng)用于測(cè)量、激光焊接、激光切割，涂膠、插件、射線掃瞄及實(shí)用教學(xué)等輕載場(chǎng)合。臺(tái)面經(jīng)精密研磨，不需特別潤(rùn)滑，線性移動(dòng)磨擦小，采用精密波子螺絲從而使得系統(tǒng)能穩(wěn)定高速地運(yùn)作，不會(huì)振動(dòng)，精度保持性好。


圖1是本發(fā)明的伺服系統(tǒng)原理框圖。
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是本發(fā)明的二維伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明的二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是圖4的A向結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是圖4的B向結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本發(fā)明的電原理框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖2～7所示。
一種二維高性能交流伺服CNC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1、二維伺服控制系統(tǒng)2和二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)3組成，如圖2所示。其中二維伺服控制系統(tǒng)2主要由伺服控制卡201(型號(hào)可為DEC4T)、X向伺服驅(qū)動(dòng)器202(型號(hào)可為MSDA043A1A)、Y向伺服驅(qū)動(dòng)器203(型號(hào)可為MSDA043A1A)、X向編碼器204(型號(hào)可為AMP172171-1)、Y向編碼器205(型號(hào)可為AMP172171-1)、X向伺服電機(jī)206、Y向伺服電機(jī)207(型號(hào)可為MSMA042AIG)組成，如圖3所示。實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1的信息交換的伺服控制卡201安裝在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1的ISA插槽中，并通過(guò)連接電纜與X向伺服驅(qū)動(dòng)器202和Y向伺服控制203相連，X向伺服驅(qū)動(dòng)器202通過(guò)連接電纜和X向編碼器204及X向伺服電機(jī)206相連，Y向伺服控制203通過(guò)連接電纜與Y向編碼器205、Y向伺服電機(jī)207相連；二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)3(如圖4、5、6所示)主要由X向滾珠導(dǎo)軌301、X向滾珠絲桿副302、Y向滾珠導(dǎo)軌303、Y向滾珠絲桿副304及工作臺(tái)305組成，X向滾珠絲桿副302安裝在X向滾珠導(dǎo)軌301中，其一端安裝有X向伺服電機(jī)206及X向編碼器204，另一端與支承在X向滾珠導(dǎo)軌301上的Y向滾珠導(dǎo)軌303相連，Y向滾珠絲桿副304安裝在Y向滾珠導(dǎo)軌303中，其一端安裝有Y向伺服電機(jī)207及Y向編碼器205，另一端與支承在Y向滾珠導(dǎo)軌303上的工作臺(tái)305相連。X向編碼器204與X向伺服電機(jī)206整體相連后通過(guò)連軸器306與X向滾珠絲桿副302的滾球絲桿相連，Y向編碼器205與Y向伺服電機(jī)207整體相連后通過(guò)連軸器307與Y向滾珠絲桿副304的滾珠絲桿相連。位于二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)3底部的X向滾珠導(dǎo)軌301上可固定連接有執(zhí)行部件4，根據(jù)具體實(shí)施時(shí)執(zhí)行部件4的不同可從事不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，如圖4、5、6所示是一種基于伺服控制的高精度X-Y坐標(biāo)繪圖儀實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，此時(shí)，執(zhí)行部件4由固定架401和固定在固定架401上的繪圖筆402組成，繪圖筆402位于工作臺(tái)305的上方。執(zhí)行部件4也可采用其它的執(zhí)行元件，形成如二維的激光測(cè)量裝置、精度測(cè)量?jī)x、粗糙度測(cè)量?jī)x等實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
為了保證X向伺服驅(qū)動(dòng)器202和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器203的控制精度，本實(shí)施例在X向伺服驅(qū)動(dòng)器202和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器203的輸入電源回路上依次連接有非熔絲斷路器501(型號(hào)可為RT28-32)、噪聲濾波器502(型號(hào)可為PNF-221-G-01A)、磁力接觸器503(型號(hào)可為OMRON-MY2NJ)和電抗器504(型號(hào)可為XB)，如圖7所示。
下面以一種基于伺服控制的高精度X-Y坐標(biāo)繪圖儀實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
本發(fā)明的基于微機(jī)控制的交流伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，把軟硬件有機(jī)地結(jié)合，制作成的一種基于二維交流伺服系統(tǒng)的高精度X-Y坐標(biāo)繪圖儀。該系統(tǒng)中的伺服控制卡201(可采用德國(guó)MOVTEC公司的DEC4T型運(yùn)動(dòng)控制卡)插在計(jì)算機(jī)1PC機(jī)上的ISA插槽上，由伺服控制卡201內(nèi)部做相應(yīng)的信號(hào)處理和運(yùn)算后，給伺服驅(qū)動(dòng)器202、203發(fā)出一定頻率的脈沖和方向的指令。伺服驅(qū)動(dòng)器202、203對(duì)伺服控制卡201發(fā)來(lái)的位置指令信號(hào)經(jīng)過(guò)PID等控制運(yùn)算后輸出電壓信號(hào)，產(chǎn)生馬達(dá)力矩使伺服電動(dòng)機(jī)206或207按照指令運(yùn)轉(zhuǎn)，相應(yīng)的滾珠絲杠把伺服電機(jī)206或207的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成工作平臺(tái)305的直線運(yùn)動(dòng)，從而使繪圖筆402在工作平臺(tái)305上輸出圖形。
本發(fā)明可采用通用數(shù)控軟件EdiTasc來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制功能。其中包括連續(xù)點(diǎn)動(dòng)、搜索參考點(diǎn)、軟件限位、在線編寫運(yùn)動(dòng)軌跡等。EdiTasc是基于PC機(jī)Windows操作系統(tǒng)下實(shí)時(shí)運(yùn)行的通用數(shù)控軟件。它是一個(gè)高度開(kāi)放的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以直接控制各種工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，方便的開(kāi)發(fā)專用的界面和控制系統(tǒng)。EdiTasc由底層運(yùn)動(dòng)控制軟件和用戶操作界面組成，底層運(yùn)動(dòng)控制軟件跟運(yùn)動(dòng)控制卡建立通訊，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制卡的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，同時(shí)也可以對(duì)所需要的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。EdiTasc軟件可以接收來(lái)自多種CAD/CAM軟件產(chǎn)生的加工程序，如Mastercam、海爾軟件、文泰軟件等。
本發(fā)明的伺服驅(qū)動(dòng)工作原理本發(fā)明的伺服驅(qū)動(dòng)工作在位置伺服控制模式下，通過(guò)輸入的脈沖數(shù)來(lái)使電機(jī)定位運(yùn)行，電機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖頻率相關(guān)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與脈沖個(gè)數(shù)相關(guān)。伺服驅(qū)動(dòng)器接收上位數(shù)控裝置發(fā)出的位置指令信號(hào)(脈沖/方向)，送入脈沖列形態(tài)，經(jīng)電子齒輪(位于伺服驅(qū)動(dòng)器中)分倍頻后，在偏差可逆計(jì)數(shù)器中與反饋脈沖信號(hào)比較后形成位置偏差信號(hào)。位置偏差信號(hào)經(jīng)位置環(huán)的復(fù)合前饋控制器調(diào)節(jié)后，形成速度指令信號(hào)。速度指令信號(hào)與速度反饋信號(hào)(與位置檢測(cè)裝置相同)比較后的偏差信號(hào)經(jīng)速度環(huán)比例積分控制器調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流指令信號(hào)，在電流環(huán)中經(jīng)矢量變換后，由SPWM輸出轉(zhuǎn)矩電流，控制交流伺服電機(jī)206或207的運(yùn)行。為了提高位置伺服控制模式時(shí)實(shí)時(shí)自動(dòng)增益調(diào)整的精度，可在驅(qū)動(dòng)器中增加適配增益功能，其作用就相當(dāng)于自動(dòng)加入一個(gè)增益，使穩(wěn)定(停止到位)時(shí)間最短。
權(quán)利要求
1.一種二維高性能交流伺服CNC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(1)、二維伺服控制系統(tǒng)(2)和二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3)，其特征是二維伺服控制系統(tǒng)(2)主要由伺服控制卡(201)、X向伺服驅(qū)動(dòng)器(202)、Y向伺服驅(qū)動(dòng)器(203)、X向編碼器(204)、Y向編碼器(205)、X向伺服電機(jī)(206)、Y向伺服電機(jī)(207)組成，其中實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(1)的信息交換的伺服控制卡(201)安裝在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(1)的ISA插槽中，并通過(guò)連接電纜與X向伺服驅(qū)動(dòng)器(202)和Y向伺服控制(203)相連，X向伺服驅(qū)動(dòng)器(202)通過(guò)連接電纜和X向編碼器(204)及X向伺服電機(jī)(206)相連，Y向伺服控制(203)通過(guò)連接電纜與Y向編碼器(205)、Y向伺服電機(jī)(207)相連；二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3)主要由X向滾珠導(dǎo)軌(301)、X向滾珠絲桿副(302)、Y向滾珠導(dǎo)軌(303)、Y向滾珠絲桿副(304)及工作臺(tái)(305)組成，X向滾珠絲桿副(302)安裝在X向滾珠導(dǎo)軌(301)中，其一端安裝有X向伺服電機(jī)(206)及X向編碼器(204)，另一端與支承在X向滾珠導(dǎo)軌(301)上的Y向滾珠導(dǎo)軌(303)相連，Y向滾珠絲桿副(304)安裝在Y向滾珠導(dǎo)軌(303)中，其一端安裝有Y向伺服電機(jī)(207)及Y向編碼器(205)，另一端與支承在Y向滾珠導(dǎo)軌(303)上的工作臺(tái)(305)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維高性能交流伺服CNC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是X向伺服驅(qū)動(dòng)器(202)和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器(203)的輸入電源回路上依次連接有非熔絲斷路器(401)、噪聲濾波器(402)、磁力接觸器(403)和電抗器(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維高性能交流伺服CNC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是X向編碼器(204)與X向伺服電機(jī)(206)整體相連后通過(guò)連軸器(306)與X向滾珠絲桿副(302)的絲桿相連，Y向編碼器(205)與Y向伺服電機(jī)(207)整體相連后通過(guò)連軸器(307)與Y向滾珠絲桿副(304)的絲桿相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維高性能交流伺服CNC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是位于二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3)底部的X向滾珠導(dǎo)軌(301)上固定連接有執(zhí)行部件(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種二維高性能交流伺服CNC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是所述的執(zhí)行部件(4)由固定架(401)和固定在固定架(401)上的繪圖筆(402)，繪圖筆(402)位于工作臺(tái)(305)的上方。
全文摘要
一種二維高性能交流伺服CNC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(1)、二維伺服控制系統(tǒng)(2)和二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3)，其特征是二維伺服控制系統(tǒng)(2)中的伺服控制卡(201)安裝在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(1)的ISA插槽中，并與X向及Y向伺服控制(202)、(203)相連，X向伺服驅(qū)動(dòng)器(202)和X向編碼器(204)及X向伺服電機(jī)(206)相連，Y向伺服控制(203)與Y向編碼器(205)、Y向伺服電機(jī)(207)相連；二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3)中的X向滾珠絲桿副(302)安裝在X向滾珠導(dǎo)軌(301)中，其一端與支承在X向滾珠導(dǎo)軌(301)上的Y向滾珠導(dǎo)軌(303)相連，Y向滾珠絲桿副(304)安裝在Y向滾珠導(dǎo)軌(303)中，其一端與支承在Y向滾珠導(dǎo)軌(303)上的工作臺(tái)(305)相連。
文檔編號(hào)G09B25/02GK1707562SQ200510040048
公開(kāi)日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2005年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月17日
發(fā)明者舒志兵 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)