运动控制系统设计.ppt

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1、单击此处编辑母 版标题样式 单击此处编辑母版副标 题样式 *1 运动控制系统 v哈尔滨理工大学自动化学院 v 主讲教师：许家忠 单击此处编辑母 版标题样式 单击此处编辑母版副标 题样式 *2 运动控制系统中 的控制器 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 分类 vPLC vPC+运动控制器 开放式结构 固高 PMAC TRIO v专用控制器 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂

2、和选煤厂不适用于本规定。 PLC 定义 vPLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微 电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技 术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来 取代继电器执行逻辑、记时、计数等顺序控制功 能，建立柔性的程控系统。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 PLC 定义 v国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC 的规定：可编程控 制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下 应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存 贮执行逻辑运算、

3、顺序控制、定时、计数和算术运算等操 作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种 类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备都 应按易与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的 原则设计。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、 可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 PLC 结构 vPLC 分为一体式和模块式两种结构。但它们的组 成是相同的，都有CPU、I/O、内存、电源等。 v无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式

4、开放型 结构，其I/O 能力可按用户需要进行扩展与组合。 v一般一体式在微小型PLC 中采用，其CPU 板、 I/O 板、电源板等集成在一个模块中，目的是降低 成本，满足用户经济实用的要求，它通过扩展电 缆连接扩展模块。 v中大型PLC 对性能、容量、网络、I/O 能力、可 靠性等要求很高，一般采用模块式，电源、CPU 、I/O 都单独成模块，插在底板或机架上，构成一 个整体系统。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 PLC 结构 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂

5、是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。

6、为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 PLC应用 vPLC 国内市场目前主要有三大流派，占市场份额90以上： 美国：ROCKWELL、GE；欧洲：西门 子、施耐德；日本：三菱、OMRON。 v在大中型PLC 市场，西门子占据优势，其 次是施耐德、ROCKWELL、GE，日系品 牌竞争力较弱； v在微小型PLC 市场，三菱、OMRON、西 门子占据了绝大多数份额，其品牌份额较 少。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂

7、企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 工作原理 vPLC 是按循环扫描方式运行的。在PLC 出厂 时，只有系统软件，用户必须根据工艺要求 编写自己的用户程序，才能实现控制。当 PLC 处于运行状态时，系统顺序、循环地执 行。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 PLC四种任务 执行用户程序：系统顺序执行用户程序的指令序 列，从第一条主程序指令开始，逐一执行用户程 序的指令序列，直到执行完主程序结束指令为止 。 通讯任务：与编程软件、上位组态软件

8、、触摸屏 等通讯时，响应下达的通讯命令。 内务处理：处理各种系统内务，如刷新面板指示 灯，更新软件计时器和计数器值、刷新特殊中间 继电器和特殊数据寄存器。 I/O 刷新：包括输出刷新阶段和输入刷新阶段。输 出刷新阶段是根据Y 元件的值（ON/OFF），接通 或断开对应的硬件输出端口。输入刷新阶段是将 硬件输入端口的接通或断开状态，转换为对应的X 元件值（ON/OFF）。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设

9、施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 v“PC+运动控制器”结构有何优点？ v4倍频输入增量式编码器信号，其中编码器 3000线，转速3000r/min，那么控制器编码器 信号接口输入信号频率至少为多少？ vPLC？PCC？

10、PAC? vGT-400-SV四轴伺服运动控制器特点及控制 轴运动控制方式。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 v转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入 或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩 的大小。 v位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉 冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数 来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式 直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对 速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定 位装置。 为煤矿服务的矿井

11、建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 v速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以 进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环 PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电 机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以 做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置 信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速， 位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供 了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误 差，增加整个系统的定位精度。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属

12、的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 伺服电机的三环控制 v伺服电机一般为三个环控制，所谓三环就是 3个闭环负反馈PID调节系统。最内的PID环 就是电流环，此环完全在伺服驱动器内部进 行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相 的输出电流，负反馈给电流的设定进行PID 调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定 电流，电流环就是控制电机转矩的，所以在 转矩模式下驱动器的运算最小，动态响应最 快。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤

13、厂不适用于本规定。 v第2环是速度环，通过检测的电机编码器的信 号来进行负反馈PID调节，它的环内PID输出 直接就是电流环的设定，所以速度环控制时 就包含了速度环和电流环，换句话说任何模 式都必须使用电流环，电流环是控制的根本 ，在速度和位置控制的同时系统实际也在进 行电流（转矩）的控制以达到对速度和位置 的相应控制。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 v第3环是位置环，它是最外环，可以在驱动器 和电机编码器间构建也可以在外部控制器和 电机编码器或最终负载间构建，要根

14、据实际 情况来定。由于位置控制环内部输出就是速 度环的设定，位置控制模式下系统进行了所 有3个环的运算，此时的系统运算量最大，动 态响应速度也最慢。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 伺服电机选型问题 v在选择好机械传动方案以后，就必须对伺服电机的 型号和大小进行选择和确认。 v（1）选型条件：一般情况下，选择伺服电机需满 足下列情况： v 1.电机最大转速系统所需之最高移动转速。 v 2.电机的转子惯量与负载惯量相匹配。 3.连续负载工作扭矩电机额定扭矩 4.马达最大

15、输出扭矩系统所需最大扭矩（加速 时扭力） v（2）选型计算： v1. 惯量匹配计算（JL/JM） v2. 回转速度计算（负载端转速，马达端转速） 负载扭矩计算（连续负载工作扭矩，加速时扭矩） 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 伺服电机的惯性匹配问题 v在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题！具体 表现为： v1在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度 等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到 电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件 质量要求来具体选择

16、具有合适惯量大小的电机； v2在调试时（手动模式下），正确设定惯量比参数是 充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前题，此点在要 求高速高精度的系统上表现由为突出 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 什么是“惯量匹配” v1.根据牛顿第二定律：“ v进给系统所需力矩T = 系统传动惯量J 角加速度 v角加速度影响系统的动态特性，越小，则由控制 器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应 越慢。如果变化，则系统反应将忽快忽慢，影响 加工精度。由于马达选定后最大输出T值不变，如 果希望的变化小，则J应该尽量小。 为煤矿服务的矿井建设施工、洗煤厂、选煤厂是指煤矿企业附属的矿井建设施工企业、洗煤厂企业、选煤厂企业，与煤矿企业没有附属关系独立的洗煤厂和选煤厂不适用于本规定。 v v2.进给轴的总惯量“J伺服电机的旋转惯性动量JM 电机轴换算的负载惯性动量JL v负载惯量JL由（以工具机为例）工作台及