05-运动控制系统硬件设计 27页

运动控制系统的硬件组成PC+运动控制卡可编程控制器嵌入式控制器数控专用模板主控运动控驱动伺服传动机械制器制器器电机系统系统反馈传感器内部功能：运动控制算法；接口：定时/计数,模拟输出，数字输入输出\n控制器的选用PLC：可编程控制器。逻辑控制（开关量控制）ProgrammablelogicController单片机：集成在一块芯片上的完整计算机系统。对运算速度要求不高的控制系统DSP：数字信号处理器，对运算速度要求较高的控制系统。DigitalSignalProcessingARM:可预装操作系统的微处理器。AdvancedRISCMachines单板机：可安装操作系统的工控主板。把微型计算机的整个功能体系(CPU、ROM、RAM、输入/输出接口电路以及其他辅助电路）集中到一块电路板上。工控机：工业控制计算机。可用于分级递阶式控制：如上下位机控制，分布式控制系统。\n运动控制系统的硬件组成例1：PC+板卡（定时/计数,模拟输出，数字输入输出）\n运动控制系统的硬件组成•例2：PC+运动控制卡-----基于计算机标准总线的运动控制器工业PC机与个人PC的区别1）变主板为通用的底版总线插座板2）模块化插件板，如CPU板、I/O板、A/D、D/A板等。3）电源改为工业电源4）机箱密封，并采用正压送风5）配有工业应用软件\nPC/104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线标准。PC/104的8位、16位总线，分别与PC和PC/AT相对应。PC/104PLUS则与PCI总线相对应.PC104与普通PC总线控制系统的主要不同是：1、小尺寸结构：标准模块的机械尺寸是3.6X3.8英寸，即96X90mm2、堆栈式连接：去掉总线背板和插板滑道，总线以“针”和“孔”形式层叠连接，即PC104总线模块之间总线的连接是通过上层的针和下层的孔相互咬和相连，这种层叠封装有极好的抗震性。3、轻松总线驱动：减少元件数量和电源消耗，4mA总线驱动即可使模块正常工作，，每个模块1-2瓦能耗。\n•STD总线是1978年推出的用于工业控制微型机的标准系统总线。STD总线产品其实就是一种板卡（包括CPU卡）和无源母板结构。•STD总线工控机是工业型计算机，STD总线性能满足嵌入式和实时性应用要求，特别是它的小板尺寸、垂直放置无源背板的直插式结构、丰富的工业I/O、低成本、低功耗、扩展的温度范围、可靠性和良好的可维护性设计，使其在空间和功耗受到严格限制的、可靠性要求较高的工业自动化领域得到了广泛应用。\n运动控制系统的硬件组成基于计算机标准总线的运动控制器•运动控制卡这种运动控制器大都采用dsp或微机芯片作为cpu，可完成运动规划、高速实时插补、伺服滤波控制和伺服驱动、外部i/o之间的标准化通用接口功能，同时随控制器还提供功能强大的运动控制软件库:ｃ语言运动函数库、windowsdll动态链接库等，可供用户根据不同的需求，在dos或windows等平台下自行开发应用软件，组成各种控制系统。美国DeltaTau的PMAC英国翠欧德Trio美国Galil中国固高\n运动控制系统的硬件组成PMAC运动控制卡PMAC（programmablemulti－axescontroller）是美国DeltaTau公司九十年代推出的开放式多轴运动控制器，它提供运动控制、离散控制、内务处理、同主机的交互等数控的基本功能。PMAC运动控制卡采用motorola公司的高性能数字信号处理器DSP为CPU,双端口RAM与上位机通讯\n运动控制系统的硬件组成PMAC运动控制卡（1）与不同伺服系统的连接：伺服接口有模拟式和数字式两种，能连接模拟、数字伺服驱动器，交、直流、直流无刷伺服电机伺服驱动器及步进电机驱动器。（2）与不同检测元件的连接：测速发电机、光电编码器、光栅、旋转变压器等。（3）PLC功能的实现：内装式软件化的PLC，使用类似basic的程序，可扩展到2048点I／O。（4）界面功能的实现：按用户的需求定制。（5）与IPC的通讯：PMAC提供了三种通讯手段——串行方式、并行方式和双口RAM方式。采用双口RAM方式可使PMAC与IPC进行高速通信，串行方式能使PMAC脱机运行。（6）CNC系统的配置：PMAC以计算机标准插卡的形式与计算机系统共同构成CNC系统，它可以用PC－XT＆AT，VME，STD32或者PCI总线形式与计算机相连。\n运动控制系统的硬件组成•例3.嵌入式控制器----如：基于ARM+DSP•该控制器将嵌入式CPU与专用运动控制芯片相结合，将运动控制功能以功能模块的方式嵌入到ARM主控板的架构，把不需要的设备裁减掉，既兼顾功能又节省成本。\n速度控制型伺服放大器的内部组成外部设备伺服放大器电机输入大功率晶体管(功率MOS速度FET):(PWM放大器)指令电压实际开发机电一体化设备时，常将伺服放大器作为一个黑匣子来处理，认为只要给这个黑匣子输入速度指令电压，它就能够使DC电机按与速度指令电压成比例的一定转速旋转。\n实例1：视觉伺服机械手捕捉运动目标系统硬件实现系统硬件组成：机器人本体，伺服控制部分，视觉处理子系统、主控计算机。\n系统总体结构-----硬件控制结构开放式机器人系统以工业PC为基础，深圳固高科技有限公司的GT系列运动控制器，型号为GT-400-SV-ISA-G。电机选用YASKAWA的SGMAH型电机，额定转速为3000r/min，带有13bit增量型光电编码器。SGDM型伺服放大器.\n深圳固高公司的GT系列运动控制器型号为GT-400-SV-ISA-G。该控制器可以同步控制四个运动轴，实现多轴协调运动。提供标准的ISA总线和PCI总线，运动控制器提供C语言函数库和Windows动态连接库，实现复杂的控制功能。\n\n系统总体结构-----机械本体\n系统总体结构\n电气控制柜主电路设计:控制回路部分接线图主回路部分接线图\nSGDM型伺服放大器可以分为电气部分、CN1接口以及CN2接口等三部分。电气部分包括伺服电机的主电路、控制电路等。控制电路包括启动/停止、急停、报警等功能。在CN1接口中，接收由主控制计算机中的GT运动控制卡发出的控制电机速度的电压信号，同时，接受传感器的限位信号、发送报警、准备好等I/O信号。CN2接口负责接收光电编码器的串行反馈信号，并经转化后通过CN1接口发送给GT运动控制卡。\n速度控制模式下CN1口外围典型接线\n光电编码器等位置检测反馈部分的总接线图如下图所示：\n输入端口内部电路原理图如下图所示：V-REF端口内部电路原理图如下图所示：\n集电极开路型输出端：光电耦合器型输出端：\n基于多智能体的运动规划•总体设计感知：由视觉智能体承担，包括视觉跟踪和目标运动参数识别。推理：由机械手智能体承担，包括明确打击运动目标的任务和运动规划。\n实例2：伺服控制多工位分度转台\nZ形板大齿轮行星齿轮小齿轮伺服电机i2=12i1=40\n断路器PLC继电器熔断器电源驱动器供电线