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(kuò)展、數(shù)字化通信以及低成本等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化中廣泛應(yīng)用。同時(shí)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(dòng)裝置中。隨著數(shù)字式伺服驅(qū)動(dòng)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(shí)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(jì)了兩套多軸伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，包括對控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)控制程序，設(shè)計(jì)S型運(yùn)動(dòng)軌跡和雙軸同步算法，降低對機(jī)械結(jié)構(gòu)的沖擊。系統(tǒng)完成后，對主艙門的進(jìn)行了測試，軌跡規(guī)劃和雙軸同步均達(dá)到要求。
　　然后本文有設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)情況，以測試船載設(shè)備的性能。首先根據(jù)需求設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)電氣方案，進(jìn)行硬件

3、選型。然后建立六自由度平臺的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，對平臺運(yùn)動(dòng)學(xué)分析加以研究。根據(jù)客戶需求確定六自由度平臺機(jī)構(gòu)技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)平臺機(jī)械結(jié)構(gòu)，建立簡化的平臺結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行受力分析，驗(yàn)證機(jī)械設(shè)計(jì)的安全性并為電機(jī)選型提供參考。深入理解EtherCAT總線及其在運(yùn)動(dòng)控制中的應(yīng)用，選擇VC++和TwinCAT作為軟件編程環(huán)境，設(shè)計(jì)系統(tǒng)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)平臺模擬船舶運(yùn)動(dòng)的功能。
　　六自由度平臺

4、搭建完成后，使用高精度陀螺儀進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度絕對誤差在±0.0052°內(nèi)，相對誤差0.026％，符合轉(zhuǎn)動(dòng)自由度精度小于±0.05°要求。連續(xù)運(yùn)動(dòng)模擬船舶運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)電機(jī)編碼器反饋解析出平臺實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡，與目標(biāo)軌跡進(jìn)行對比，動(dòng)態(tài)跟蹤誤差在平移自由度為±0.04mm內(nèi)，在轉(zhuǎn)動(dòng)自由度為±0.006°內(nèi)。在安裝負(fù)載時(shí)連續(xù)運(yùn)行10小時(shí)，驗(yàn)證了系統(tǒng)的負(fù)載能力和穩(wěn)定性。