專利名稱：一種超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)及方法，特別是涉及ー種超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
土工離心機(jī)為土工離心模擬試驗(yàn)提供了重要的研究手段并得到迅速發(fā)展。從1931年世界第一臺(tái)土工離心機(jī)在美國(guó)哥倫比亞大學(xué)誕生后，發(fā)展到現(xiàn)在世界上大約有200多臺(tái)土工離心機(jī)。這些離心機(jī)為世界土工試驗(yàn)和土建建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)。超重環(huán)境下精確定位技術(shù)是土工離心機(jī)器人研制的關(guān)鍵技術(shù)之一。因?yàn)橥凉るx心機(jī)器人在離心試驗(yàn)時(shí)按預(yù)設(shè)程序運(yùn)行，工具頭需在模型箱狹小空間完成復(fù)雜動(dòng)作，在超重環(huán)境下不允許其位置定位有較大偏差，特別對(duì)具有更換工具的多軸機(jī)器人系統(tǒng)，對(duì)定位精度要求更高。這是因?yàn)楣ぞ哳^與工具、工具與工具庫(kù)支架間一般采用錐銷定位，銷與銷孔的容差較小，要使工具頭上的錐銷準(zhǔn)確插入工具上的銷孔和工具上的錐銷準(zhǔn)確插入工具庫(kù)支架上的銷孔，機(jī)器人系統(tǒng)就必須具有較高的位置定位精度。為了使機(jī)器人具有較高的空間位置定位精度，就要求機(jī)器人空間坐標(biāo)系內(nèi)各向都具有較高的定位精度和重復(fù)精度。此外，各向在滿足精度的同時(shí)，還需提供較大的加載力，這樣才能使機(jī)器人有能力完成復(fù)雜的試驗(yàn)操作。2005年中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所為同濟(jì)大學(xué)研制的在IOOg離心場(chǎng)下工作的機(jī)器人和正調(diào)試的成都理工大學(xué)多軸機(jī)器人均不具備更換工具功能，都采用液壓驅(qū)動(dòng)支架在導(dǎo)軌上移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)各向定位，而前者采用超聲波傳感器進(jìn)行位置反饋，后者采用激光位移傳感器進(jìn)行位置反饋。國(guó)內(nèi)目前唯一具備更換工具的土工離心機(jī)器人是香港科技大學(xué)的多軸土工離心機(jī)器人，但其最大工作離心加速度不到100g。該機(jī)器人X方向采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，Y方向采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠一螺母機(jī)構(gòu)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)。采用液壓驅(qū)動(dòng)方式的直線位置定位系統(tǒng)出力大，可在高過載條件下工作，但因?yàn)橐簤河偷墓逃袑傩约叭菀仔孤┑仍颍瑥亩鴮?dǎo)致系統(tǒng)定位精度不高。采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其定位精度也不高。目前，也有人主張采用直線電機(jī)進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)，因?yàn)橹本€電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可內(nèi)置光柵位移傳感器定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，但目前市面上的直線電機(jī)承載離心載荷能力較差且價(jià)格較貴。由于土工離心機(jī)器人的運(yùn)行エ況和結(jié)構(gòu)的特殊性，其上使用的位移檢測(cè)元件不僅要能正常工作于超重環(huán)境，而且離心機(jī)上安裝位置和使用空間受到限制。高精度的超聲波傳感器和激光位移傳感器雖可實(shí)現(xiàn)較精確的位置反饋，但卻無法安裝于機(jī)器人系統(tǒng)上，結(jié)構(gòu)尺寸較小的雖可安裝，但其精度又不滿足要求，且死區(qū)距離大。若采用光柵進(jìn)行位置檢測(cè)，光柵讀數(shù)頭與光柵容許間距較小，不易安裝，且精度和可靠性受塵土及油污等影響，不適于土工離心試驗(yàn)環(huán)境。導(dǎo)致原因土工離心機(jī)器人在超重環(huán)境下工作時(shí)，不僅要提供各向較大的加載力，而且還要承受超重環(huán)境，其自身結(jié)構(gòu)很容易發(fā)生變形，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的精確定位變得十分困難?，F(xiàn)有的位置定位方式在超重環(huán)境下對(duì)具有更換工具的多軸機(jī)器人系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)精確定位。具有更換工具的多軸機(jī)器人系統(tǒng)必須具有穩(wěn)定的高精度驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高精度的導(dǎo)向和承載方式、高精度的位置測(cè)控系統(tǒng)，同時(shí)，還應(yīng)有較大的加載能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題而提供ー種定位精度高、加載能力大的超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)及控制方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的ー種超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)單元、エ控機(jī)、磁柵傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器，所述驅(qū)動(dòng)単元包括ー個(gè)伺服電機(jī)、一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器和ー個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器，所述旋轉(zhuǎn)變壓器安裝于所述伺服電機(jī)的尾部進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測(cè)，所述旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)輸出端與所述伺服驅(qū) 動(dòng)器的轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入端連接，所述磁柵傳感器的磁頭安裝于被控移動(dòng)支架上，所述磁柵傳感器的信號(hào)輸出端與所述伺服驅(qū)動(dòng)器的位移信號(hào)輸入端連接，所述伺服驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)輸出端與所述伺服電機(jī)的控制信號(hào)輸入端連接，所述伺服電機(jī)的空心軸通過傳動(dòng)裝置與所述被控移動(dòng)支架連接，所述伺服驅(qū)動(dòng)器的通訊接ロ與所述運(yùn)動(dòng)控制器的通訊接ロ連接，所述運(yùn)動(dòng)控制器的通訊接ロ與所述エ控機(jī)的通訊接ロ連接。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)為，所述驅(qū)動(dòng)單元為I套，所述驅(qū)動(dòng)単元中的伺服電機(jī)的空心軸通過傳動(dòng)裝置與所述被控移動(dòng)支架的ー側(cè)連接，所述磁柵傳感器為I個(gè)，所述磁柵傳感器的磁頭安裝于所述被控支架的ー側(cè)。當(dāng)被控移動(dòng)支架的跨度較小時(shí)，采用I套驅(qū)動(dòng)單元對(duì)被控移動(dòng)支架進(jìn)行直線位置定位，采用I套驅(qū)動(dòng)単元稱為單軸定位控制系統(tǒng)。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)為，所述驅(qū)動(dòng)單元為2套，每套所述驅(qū)動(dòng)単元中的伺服電機(jī)的空心軸分別通過傳動(dòng)裝置與所述被控移動(dòng)支架的兩側(cè)連接，每套所述驅(qū)動(dòng)単元中的伺服驅(qū)動(dòng)器的通訊接ロ均與所述運(yùn)動(dòng)控制器的通訊接ロ連接，所述磁柵傳感器為2個(gè)，每個(gè)所述磁柵傳感器的磁頭分別安裝于所述被控移動(dòng)支架的兩側(cè)。當(dāng)被移動(dòng)支架跨距太大，采用單軸定位控制系統(tǒng)將會(huì)對(duì)被控移動(dòng)支架產(chǎn)生很大的扭矩，導(dǎo)致被控移動(dòng)支架變形和兩導(dǎo)軌滑塊不同步，從而影響被控移動(dòng)支架的定位精度，所以對(duì)大跨距的被控移動(dòng)支架采用雙軸定位控制系統(tǒng)，即采用2套驅(qū)動(dòng)單元對(duì)被控移動(dòng)支架兩側(cè)進(jìn)行同步驅(qū)動(dòng)，以使被控移動(dòng)支架具有良好的受カエ況和較高的直線位置定位精度。作為本發(fā)明的優(yōu)選是，所述エ控機(jī)與所述運(yùn)動(dòng)控制器之間采用無線以太網(wǎng)通訊，所述運(yùn)動(dòng)控制器與所述伺服驅(qū)動(dòng)器之間采用CAN通訊。在超重環(huán)境下運(yùn)行，為提高系統(tǒng)通訊可靠性和穩(wěn)定性監(jiān)控軟件與運(yùn)動(dòng)控制器之間采用無線以太網(wǎng)通訊，通訊速率為100Mbps。運(yùn)動(dòng)控制器安裝在離心機(jī)下儀器艙近離心機(jī)主軸，而不采用通用的將其置于控制室用集流環(huán)進(jìn)行通訊連接方式，這樣可提高通訊的可靠性和通訊速率，CAN通訊速率為1Mbps。作為本發(fā)明的優(yōu)選是，所述磁柵傳感器最大分辨率為0.001mm，精度為±0.025mm;所述旋轉(zhuǎn)變壓器分辨率為0.8'，精度為±10'。單軸定位控制系統(tǒng)采用的控制方法，包括以下步驟
(I)通過エ控機(jī)內(nèi)的監(jiān)控軟件進(jìn)行系統(tǒng)回零點(diǎn)運(yùn)動(dòng),建立參考坐標(biāo)系； (2)回零完成后根據(jù)試驗(yàn)要求通過監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)所述被控移動(dòng)支架各坐標(biāo)的運(yùn)行路徑，路徑規(guī)劃完畢且正確后進(jìn)入步驟(3)；(3)通過所述監(jiān)控軟件設(shè)置所述被控移動(dòng)支架的位移給定值并通過無線以太網(wǎng)通訊方式將位移給定值傳輸至所述運(yùn)動(dòng) 控制器；(4)所述運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)位移給定值進(jìn)行解析并以伺服驅(qū)動(dòng)器可識(shí)別的指令將位移給定值通過CAN通訊的方式傳輸至所述伺服驅(qū)動(dòng)器，所述伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)指令控制所述伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)；(5)所述旋轉(zhuǎn)變壓器將測(cè)量的伺服電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速反饋至所述伺服驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)所述磁柵傳感器將測(cè)量的被控移動(dòng)支架的實(shí)時(shí)位移值反饋至所述伺服驅(qū)動(dòng)器；(6)所述伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)反饋的實(shí)時(shí)位移值與位移給定值進(jìn)行比較運(yùn)算，當(dāng)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)直至所述被控移動(dòng)支架的移動(dòng)距離達(dá)到位移給定值時(shí)，所述伺服驅(qū)動(dòng)器控制所述伺服電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)所述被控移動(dòng)支架的精確定位。雙軸定位控制系統(tǒng)包括以下步驟(I)通過エ控機(jī)內(nèi)的監(jiān)控軟件進(jìn)行系統(tǒng)回零點(diǎn)運(yùn)動(dòng),建立參考坐標(biāo)系；(2)回零完成后根據(jù)試驗(yàn)要求通過監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)所述被控移動(dòng)支架各坐標(biāo)的運(yùn)行路徑，路徑規(guī)劃完畢且正確后進(jìn)入步驟(3)；(3)通過所述監(jiān)控軟件設(shè)置所述被控移動(dòng)支架的位移給定值并通過無線以太網(wǎng)通訊方式將位移給定值傳輸至所述運(yùn)動(dòng)控制器；(4)所述運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)位移給定值進(jìn)行解析并以伺服驅(qū)動(dòng)器可識(shí)別的指令將位移給定值通過CAN通訊的方式傳輸至每個(gè)所述伺服驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)所述伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)指令分別控制對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)；(5)兩個(gè)所述旋轉(zhuǎn)變壓器分別將測(cè)量的伺服電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速反饋至對(duì)應(yīng)的所述伺服驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)兩個(gè)所述磁柵傳感器分別將測(cè)量的被控移動(dòng)支架兩側(cè)的實(shí)時(shí)位移值反饋至對(duì)應(yīng)的所述伺服驅(qū)動(dòng)器；(6)兩個(gè)所述伺服驅(qū)動(dòng)器之間進(jìn)行實(shí)時(shí)位置信息交換，對(duì)所述被控移動(dòng)支架兩側(cè)的實(shí)時(shí)位移值進(jìn)行監(jiān)測(cè)和比較，通過分別控制兩個(gè)所述伺服電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使所述被控移動(dòng)支架兩側(cè)的實(shí)時(shí)移動(dòng)保持同步；(7)每個(gè)所述伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)反饋的實(shí)時(shí)位移量與位移給定值進(jìn)行比較運(yùn)算，當(dāng)所述伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)直至所述被控移動(dòng)支架兩側(cè)的移動(dòng)距離達(dá)到對(duì)應(yīng)的位移給定值時(shí)，所述伺服驅(qū)動(dòng)器控制對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)所述被控移動(dòng)支架兩側(cè)的精確定位。為了實(shí)現(xiàn)高離心場(chǎng)下雙軸定位控制系統(tǒng)的兩軸同步，將兩軸視為同一軸進(jìn)行同步控制，每軸在控制結(jié)構(gòu)上都配置旋轉(zhuǎn)變壓器及磁柵傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)速和位置反饋，在運(yùn)動(dòng)控制器中將兩根軸設(shè)置為同一軸號(hào)，且兩軸的伺服驅(qū)動(dòng)器之間采用CAN總線并通過過程通道進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，該控制方式提高了雙軸直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和安全性。本發(fā)明的有益效果是通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明不僅定位精度和重復(fù)精度高，而且具有很大的加載能力，適于大行程、大跨距移動(dòng)支架在超重環(huán)境下進(jìn)行精確位置定位。在IOOg離心場(chǎng)下，定位精度優(yōu)于0.2mm，最大承載カ超過18000N。另外，針對(duì)不同行程的多軸機(jī)器人使用需求，提出了單軸定位控制和雙軸定位控制的兩種使用方法。為了實(shí)現(xiàn)高離心場(chǎng)下雙軸定位控制的被控移動(dòng)支架兩側(cè)同步，將兩軸視為同一軸進(jìn)行同步控制，該控制方法提高了雙軸定位控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、易于安裝、維修方便，非常適宜于土工離心機(jī)上運(yùn)行。


圖I是本發(fā)明超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)單軸定位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)雙軸定位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的詳細(xì)說明
如圖I所示，本發(fā)明ー種超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)單元、エ控機(jī)、磁柵傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器，所述驅(qū)動(dòng)単元包括ー個(gè)伺服電機(jī)、一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器，所述旋轉(zhuǎn)變壓器安裝于所述伺服電機(jī)的尾部進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測(cè)，所述旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)輸出端與所述伺服驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入端連接，所述磁柵傳感器的磁頭安裝于被控移動(dòng)支架上，所述磁柵傳感器的信號(hào)輸出端與所述伺服驅(qū)動(dòng)器的位移信號(hào)輸入端連接，所述伺服驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)輸出端與所述伺服電機(jī)的控制信號(hào)輸入端連接，所述伺服電機(jī)的空心軸通過傳動(dòng)裝置與所述被控移動(dòng)支架連接，所述伺服驅(qū)動(dòng)器的通訊接ロ與所述運(yùn)動(dòng)控制器的通訊接ロ連接，所述運(yùn)動(dòng)控制器的通訊接ロ與所述エ控機(jī)的通訊接ロ連接。在本實(shí)施例中，所述磁柵傳感器最大分辨率為0. 001mm，精度為±0. 025mm。所述旋轉(zhuǎn)變壓器分辨率為0.8'，精度為±10'。所述エ控機(jī)與所述運(yùn)動(dòng)控制器之間采用無線以太網(wǎng)通訊，所述運(yùn)動(dòng)控制器與所述伺服驅(qū)動(dòng)器之間采用CAN通訊。在高離心場(chǎng)運(yùn)行，為提高系統(tǒng)通訊可靠性和穩(wěn)定性監(jiān)控軟件與運(yùn)動(dòng)控制器之間采用無線以太網(wǎng)通訊，通訊速率為100Mbps。運(yùn)動(dòng)控制器安裝在離心機(jī)下儀器艙近空心軸中心，而不采用將其置于控制室用集流環(huán)進(jìn)行通訊連接方式，這樣可提高通訊的可靠性和通訊速率，CAN通訊速率為1Mbps。實(shí)施例I :如圖I所示，所述超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)為單軸定位控制系統(tǒng)，所述單軸定位控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)單元為I套，所述單軸定位控制系統(tǒng)的磁柵傳感器的個(gè)數(shù)為I個(gè)，伺服電機(jī)豎直安裝在基礎(chǔ)板上；被控移動(dòng)支架固定在直線導(dǎo)軌的滑塊上，跟隨滑塊一起移動(dòng)；絲杠通過絲杠支撐座安裝于基礎(chǔ)板，其中一端直接伸入電機(jī)空心軸內(nèi)，絲杠螺母把接在被控移動(dòng)支架上；磁柵傳感器的磁頭固定在移動(dòng)支架上，磁柵傳感器的磁條安裝在基礎(chǔ)板上。工作吋，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠螺母帶動(dòng)與其把接在一起的被控移動(dòng)支架在直線導(dǎo)軌上移動(dòng)，磁柵傳感器檢測(cè)被控移動(dòng)支架的位置，從而實(shí)現(xiàn)被控移動(dòng)支架的直線定位。在本實(shí)施例中，單軸定位控制系統(tǒng)的地面定位精度為0. 05mm，在IOOg高離心場(chǎng)環(huán)境且滿足承載能力要求條件下定位精度優(yōu)于0. 2_。單軸定位控制系統(tǒng)采用的控制方法包括以下步驟(I)通過エ控機(jī)內(nèi)的監(jiān)控軟件進(jìn)行系統(tǒng)回零點(diǎn)運(yùn)動(dòng),建立參考坐標(biāo)系；
(2)回零完成后根據(jù)試驗(yàn)要求通過監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)所述被控移動(dòng)支架各坐標(biāo)的運(yùn)行路徑，路徑規(guī)劃完畢且正確后進(jìn)入步驟(3)；(3)通過所述監(jiān)控軟件設(shè)置所述被控移動(dòng)支架的位移給定值并通過無線以太網(wǎng)通訊方式將位移給定值傳輸至所述運(yùn)動(dòng)控制器；(4)所述運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)位移給定值進(jìn)行解析并以伺服驅(qū)動(dòng)器可識(shí)別的指令將位移給定值通過CAN通訊的方式傳輸至所述伺服驅(qū)動(dòng)器，所述伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)指令控制所述伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)；(5)所述旋轉(zhuǎn)變壓器將測(cè)量的伺服電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速反饋至所述伺服驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)所述磁柵傳感器將測(cè)量的被控移動(dòng)支架的實(shí)時(shí)位移值反饋至所述伺服驅(qū)動(dòng)器；(6)所述伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)反饋的實(shí)時(shí)位移值與位移給定值進(jìn)行比較運(yùn)算，當(dāng)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)直至所述被控移動(dòng)支架的移動(dòng)距離達(dá)到位移給定值時(shí)，所述伺服驅(qū)動(dòng)器控制所述伺 服電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)所述被控移動(dòng)支架的精確定位。實(shí)施例2 如圖2所示，所述超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)為雙軸定位控制系統(tǒng)，所述驅(qū)動(dòng)單元為2套，所述驅(qū)動(dòng)単元分為第一驅(qū)動(dòng)單元和第二驅(qū)動(dòng)單元，所述第一驅(qū)動(dòng)單元包括第一伺服電機(jī)、第一伺服驅(qū)動(dòng)器和第一旋轉(zhuǎn)變壓器，所述第二驅(qū)動(dòng)單元包括第二伺服電機(jī)、第ニ伺服驅(qū)動(dòng)器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器。2套驅(qū)動(dòng)単元中的伺服驅(qū)動(dòng)器的通訊接ロ均與所述運(yùn)動(dòng)控制器的通訊接ロ連接。雙軸定位控制系統(tǒng)中每個(gè)單軸的控制原理與單軸定位控制系統(tǒng)基本相同，采用第一旋轉(zhuǎn)變壓器、第二旋轉(zhuǎn)變壓器分別測(cè)量第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，采用第一磁柵傳感器和第二磁柵傳感器分別測(cè)量被控支架兩側(cè)的位移。エ控機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制器之間采用通訊速率為IOOMbps的無線以太網(wǎng)通訊，運(yùn)動(dòng)控制器與驅(qū)動(dòng)器及不同驅(qū)動(dòng)器之間采用通訊速率為IMbps的CAN通訊方式，雙軸定位控制系統(tǒng)在地面及IOOg離心場(chǎng)下的定位精度與單軸定位控制系統(tǒng)相同。雙軸直線定位控制系統(tǒng)采用的控制方法(I)通過エ控機(jī)內(nèi)的監(jiān)控軟件進(jìn)行系統(tǒng)回零點(diǎn)運(yùn)動(dòng),建立參考坐標(biāo)系；(2)回零完成后根據(jù)試驗(yàn)要求通過監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)所述被控移動(dòng)支架各坐標(biāo)的運(yùn)行路徑，路徑規(guī)劃完畢且正確后進(jìn)入步驟(3)；(3)通過所述監(jiān)控軟件設(shè)置所述被控移動(dòng)支架的位移給定值并通過無線以太網(wǎng)通訊方式將位移給定值傳輸至所述運(yùn)動(dòng)控制器；(4)所述運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)位移給定值進(jìn)行解析并以伺服驅(qū)動(dòng)器可識(shí)別的指令將位移給定值通過CAN通訊的方式傳輸至每個(gè)所述伺服驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)所述伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)指令分別控制對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)；(5)兩個(gè)所述旋轉(zhuǎn)變壓器分別將測(cè)量的伺服電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速反饋至對(duì)應(yīng)的所述伺服驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)兩個(gè)所述磁柵傳感器分別將測(cè)量的被控移動(dòng)支架兩側(cè)的實(shí)時(shí)位移值反饋至對(duì)應(yīng)的所述伺服驅(qū)動(dòng)器；(6)兩個(gè)所述伺服驅(qū)動(dòng)器之間進(jìn)行實(shí)時(shí)位置信息交換，對(duì)所述被控移動(dòng)支架兩側(cè)的實(shí)時(shí)位移值進(jìn)行監(jiān)測(cè)和比較，通過分別控制兩個(gè)所述伺服電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使所述被控移動(dòng)支架兩側(cè)的實(shí)時(shí)移動(dòng)保持同步；在該控制方式中，運(yùn)動(dòng)控制器控制指令同時(shí)發(fā)送至兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器并且兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器之間存在實(shí)時(shí)位置信息交換，當(dāng)檢測(cè)被控移動(dòng)支架某一側(cè)與另一側(cè)的位置偏移量超過容許值時(shí)發(fā)送指令至對(duì)應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器控制對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)同時(shí)將信息傳送至監(jiān)控軟件，該控制方式提高了雙軸定位控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。(7)每個(gè)所述伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)反饋的實(shí)時(shí)位移量與位移給定值進(jìn)行比較運(yùn)算，當(dāng)所述伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)直至所述被控移動(dòng)支架兩側(cè)的移動(dòng)距離達(dá)到對(duì)應(yīng)的位移給定值時(shí)，所述伺
服驅(qū)動(dòng)器控制對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)所述被控移動(dòng)支架兩側(cè)的精確定位。
權(quán)利要求
1.ー種超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)，其特征在于包括驅(qū)動(dòng)單元、エ控機(jī)、磁柵傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器，所述驅(qū)動(dòng)単元包括ー個(gè)伺服電機(jī)、一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器和ー個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器，所述旋轉(zhuǎn)變壓器安裝于所述伺服電機(jī)的尾部進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測(cè)，所述旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)輸出端與所述伺服驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入端連接，所述磁柵傳感器的磁頭安裝于被控移動(dòng)支架上，所述磁柵傳感器的信號(hào)輸出端與所述伺服驅(qū)動(dòng)器的位移信號(hào)輸入端連接，所述伺服驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)輸出端與所述伺服電機(jī)的控制信號(hào)輸入端連接，所述伺服電機(jī)的空心軸通過傳動(dòng)裝置與所述被控移動(dòng)支架連接，所述伺服驅(qū)動(dòng)器的通訊接ロ與所述運(yùn)動(dòng)控制器的通訊接ロ連接，所述運(yùn)動(dòng)控制器的通訊接ロ與所述エ控機(jī)的通訊接ロ連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)単元為I套，所述驅(qū)動(dòng)単元中的伺服電機(jī)的空心軸通過傳動(dòng)裝置與所述被控移動(dòng)支架的ー側(cè)連接，所述磁柵傳感器為I個(gè)，所述磁柵傳感器的磁頭安裝于所述被控支架的ー側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)単元為2套，每套所述驅(qū)動(dòng)単元中的伺服電機(jī)的空心軸分別通過傳動(dòng)裝置與所述被控移動(dòng)支架的兩側(cè)連接，每套所述驅(qū)動(dòng)単元中的伺服驅(qū)動(dòng)器的通訊接ロ均與所述運(yùn)動(dòng)控制器的通訊接ロ連接，所述磁柵傳感器為2個(gè)，每個(gè)所述磁柵傳感器的磁頭分別安裝于所述被控移動(dòng)支架的兩側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)，其特征在于所述エ控機(jī)與所述運(yùn)動(dòng)控制器之間采用無線以太網(wǎng)通訊，所述運(yùn)動(dòng)控制器與所述伺服驅(qū)動(dòng)器之間采用CAN通訊。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)變壓器的分辨率為0.8'，精度為±10';所述磁柵傳感器的最大分辨率為0.001mm，精度為±0. 025mm。
6.一種如權(quán)利要求2所述的超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)采用的控制方法，其特征在于包括以下步驟 (1)通過エ控機(jī)內(nèi)的監(jiān)控軟件進(jìn)行系統(tǒng)回零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，建立參考坐標(biāo)系； (2)回零完成后根據(jù)試驗(yàn)要求通過監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)所述被控移動(dòng)支架各坐標(biāo)的運(yùn)行路徑，路徑規(guī)劃完畢且正確后進(jìn)入步驟(3)； (3)通過所述監(jiān)控軟件設(shè)置所述被控移動(dòng)支架的位移給定值并通過無線以太網(wǎng)通訊方式將位移給定值傳輸至所述運(yùn)動(dòng)控制器； (4)所述運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)位移給定值進(jìn)行解析并以伺服驅(qū)動(dòng)器可識(shí)別的指令將位移給定值通過CAN通訊的方式傳輸至所述伺服驅(qū)動(dòng)器，所述伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)指令控制所述伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)； (5)所述旋轉(zhuǎn)變壓器將測(cè)量的伺服電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速反饋至所述伺服驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)所述磁柵傳感器將測(cè)量的被控移動(dòng)支架的實(shí)時(shí)位移值反饋至所述伺服驅(qū)動(dòng)器； (6)所述伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)反饋的實(shí)時(shí)位移值與位移給定值進(jìn)行比較運(yùn)算，當(dāng)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)直至所述被控移動(dòng)支架的移動(dòng)距離達(dá)到位移給定值時(shí)，所述伺服驅(qū)動(dòng)器控制所述伺服電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)所述被控移動(dòng)支架的精確定位。
7.—種如權(quán)利要求3所述的超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)采用的控制方法，其特征在于包括以下步驟(1)通過エ控機(jī)內(nèi)的監(jiān)控軟件進(jìn)行系統(tǒng)回零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，建立參考坐標(biāo)系； (2)回零完成后根據(jù)試驗(yàn)要求通過監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)所述被控移動(dòng)支架各坐標(biāo)的運(yùn)行路徑，路徑規(guī)劃完畢且正確后進(jìn)入步驟(3)； (3)通過所述監(jiān)控軟件設(shè)置所述被控移動(dòng)支架的位移給定值并通過無線以太網(wǎng)通訊方式將位移給定值傳輸至所述運(yùn)動(dòng)控制器； (4)所述運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)位移給定值進(jìn)行解析并以伺服驅(qū)動(dòng)器可識(shí)別的指令將位移給定值通過cAN通訊的方式傳輸至每個(gè)所述伺服驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)所述伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)指令分別控制對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)； (5)兩個(gè)所述旋轉(zhuǎn)變壓器分別將測(cè)量的伺服電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速反饋至對(duì)應(yīng)的所述伺服驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)兩個(gè)所述磁柵傳感器分別將測(cè)量的被控移動(dòng)支架兩側(cè)的實(shí)時(shí)位移值反饋至對(duì)應(yīng)的所述伺服驅(qū)動(dòng)器； (6)兩個(gè)所述伺服驅(qū)動(dòng)器之間進(jìn)行實(shí)時(shí)位置信息交換，對(duì)所述被控移動(dòng)支架兩側(cè)的實(shí)時(shí)位移值進(jìn)行監(jiān)測(cè)和比較，通過分別控制兩個(gè)所述伺服電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使所述被控移動(dòng)支架兩側(cè)的實(shí)時(shí)移動(dòng)保持同步； (7)每個(gè)所述伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)反饋的實(shí)時(shí)位移量與位移給定值進(jìn)行比較運(yùn)算，當(dāng)所述伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)直至所述被控移動(dòng)支架兩側(cè)的移動(dòng)距離達(dá)到對(duì)應(yīng)的位移給定值時(shí)，所述伺服驅(qū)動(dòng)器控制對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)所述被控移動(dòng)支架兩側(cè)的精確定位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超重環(huán)境下精確定位控制系統(tǒng)及控制方法，包括驅(qū)動(dòng)單元、工控機(jī)、磁柵傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器，所述驅(qū)動(dòng)單元包括一個(gè)伺服電機(jī)、一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器，當(dāng)被控移動(dòng)支架的跨度較小時(shí)，采用1套驅(qū)動(dòng)單元對(duì)被控移動(dòng)支架進(jìn)行單軸定位控制；當(dāng)被移動(dòng)支架跨距太大，采用2套驅(qū)動(dòng)單元對(duì)被控移動(dòng)支架兩側(cè)同步驅(qū)動(dòng)進(jìn)行雙軸定位控制，本發(fā)明不僅定位精度和重復(fù)精度高，而且具有很大的加載能力，適于大行程被控移動(dòng)支架在超重環(huán)境下精確位置定位。在100g離心場(chǎng)下，本發(fā)明定位精度優(yōu)于0.2mm，最大承載力超過18000N。為了實(shí)現(xiàn)高離心場(chǎng)下雙軸定位控制，將兩軸視為同一軸進(jìn)行同步控制，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。
文檔編號(hào)G01N3/00GK102778895SQ20121022317
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者余小勇, 冉光斌, 張寧平, 彭麗瓊, 洪建忠, 王新倫, 趙寶忠, 黎啟勝 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所