基于現(xiàn)場總線的多軸伺服系統(tǒng)及其應(yīng)用研究.pdf

1、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由于具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于擴展、數(shù)字化通信以及低成本等優(yōu)點，在工業(yè)自動化中廣泛應(yīng)用。同時伺服系統(tǒng)由于穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、高精度，應(yīng)用于各種需要高精度控制的驅(qū)動裝置中。隨著數(shù)字式伺服驅(qū)動器的出現(xiàn)，將現(xiàn)場總線應(yīng)用于伺服系統(tǒng)的控制中，使得伺服系統(tǒng)更加簡單，便于實現(xiàn)多軸的同步控制。根據(jù)用戶需求，本文分別使用CAN總線和EtherCAT總線設(shè)計了兩套多軸伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)不同機構(gòu)的驅(qū)動控制。
　　本文首先在介紹了CAN總線的詳細(xì)內(nèi)

2、容后，簡述了基于CAN總線的艙門驅(qū)動系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，包括對控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計和硬件選型。在確認(rèn)了系統(tǒng)的要求后，編寫了基于PLC的運動控制程序，設(shè)計S型運動軌跡和雙軸同步算法，降低對機械結(jié)構(gòu)的沖擊。系統(tǒng)完成后，對主艙門的進行了測試，軌跡規(guī)劃和雙軸同步均達到要求。
　　然后本文有設(shè)計了一套基于EtherCAT總線的并聯(lián)六自由度平臺系統(tǒng)，用于模擬船舶在海上的運動情況，以測試船載設(shè)備的性能。首先根據(jù)需求設(shè)計了控制系統(tǒng)電氣方案，進行硬件

3、選型。然后建立六自由度平臺的運動學(xué)模型，對平臺運動學(xué)分析加以研究。根據(jù)客戶需求確定六自由度平臺機構(gòu)技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計平臺機械結(jié)構(gòu)，建立簡化的平臺結(jié)構(gòu)模型，進行受力分析，驗證機械設(shè)計的安全性并為電機選型提供參考。深入理解EtherCAT總線及其在運動控制中的應(yīng)用，選擇VC++和TwinCAT作為軟件編程環(huán)境，設(shè)計系統(tǒng)自動化軟件。在控制方式中引入了電子凸輪，解決多軸間的同步控制和軌跡規(guī)劃問題，實現(xiàn)平臺模擬船舶運動的功能。
　　六自由度平臺

4、搭建完成后，使用高精度陀螺儀進行轉(zhuǎn)動定位精度測試，根據(jù)測試結(jié)果分析得到修正函數(shù)，使用軟件修正后重新測試，平臺在三個轉(zhuǎn)動自由度絕對誤差在±0.0052°內(nèi)，相對誤差0.026％，符合轉(zhuǎn)動自由度精度小于±0.05°要求。連續(xù)運動模擬船舶運動軌跡，根據(jù)電機編碼器反饋解析出平臺實際運動軌跡，與目標(biāo)軌跡進行對比，動態(tài)跟蹤誤差在平移自由度為±0.04mm內(nèi)，在轉(zhuǎn)動自由度為±0.006°內(nèi)。在安裝負(fù)載時連續(xù)運行10小時，驗證了系統(tǒng)的負(fù)載能力和穩(wěn)定性。