基于通用數(shù)控系統(tǒng)伺服接口的設(shè)計(jì)

1、濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGE - 2 - PAGE - 1 -課程設(shè)計(jì)題 目 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器計(jì)算機(jī)接口設(shè)計(jì) 基于通用數(shù)控系統(tǒng)的伺服接口設(shè)計(jì)學(xué) 院 工學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 生 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 PAGE - PAGE 13 -摘 要 數(shù)控伺服系統(tǒng)是根據(jù) HYPERLINK /view/3314.htm t /_blank 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的控制 HYPERLINK /view/17674.htm t /_blank 程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置的 HYPERLINK /view/949321.htm t /_blank

2、專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 數(shù)控伺服系統(tǒng)是以機(jī)械位置或角度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人系統(tǒng)中，由伺服系統(tǒng)接收控制指令經(jīng)變換和傳遞放大,轉(zhuǎn)化為伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械部件的高精度運(yùn)動(dòng)。數(shù)控伺服系統(tǒng)通?？刂葡到y(tǒng)提供C語(yǔ)言函數(shù)庫(kù)和Windows動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制接口能夠?qū)⒖刂坪瘮?shù)與自己控制系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)處理，界面顯示等聯(lián)系在一起。控制接口包括通用的計(jì)算機(jī)接口（如PS2 USB VGA LAN）以及運(yùn)動(dòng)控制專用接口，可以實(shí)現(xiàn)普通PC機(jī)的所有基本功能，是一種理想的方案。伺服電機(jī)可以用驅(qū)動(dòng)器控制兩路甚至多路電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各種功能。伺服驅(qū)動(dòng)器是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制

3、器，其作用類(lèi)似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)外伺服控制器的水平主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：硬件方案、核心控制算法以及應(yīng)用軟件功能。國(guó)內(nèi)的伺服控制器所采用的硬件平臺(tái)和國(guó)外產(chǎn)品沒(méi)有太大的差距。國(guó)內(nèi)伺服控制器的差距主要體現(xiàn)在控制算法和二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)的易用性方面。尤其是在全數(shù)字化的高性能伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)方面還有很大差距，已經(jīng)成為我國(guó)發(fā)展高性能數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的“瓶頸”問(wèn)題。國(guó)外的產(chǎn)品提供了比較好的產(chǎn)品升級(jí)功能及良好的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，降低了對(duì)開(kāi)發(fā)人員的要求，在一定程度

4、上促進(jìn)了產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣。同時(shí)提供了豐富的通訊接口可以方便的與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，人性化好。關(guān)鍵詞：機(jī)電系統(tǒng)；伺服接口；數(shù)控系統(tǒng)；接口設(shè)計(jì)目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc2855 摘 要 PAGEREF _Toc2855 1 HYPERLINK l _Toc14179 前言 PAGEREF _Toc14179 3 HYPERLINK l _Toc32662 1數(shù)控車(chē)床系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖 PAGEREF _Toc32662 4 HYPERLINK l _Toc25974 1.1 數(shù)控系統(tǒng)各個(gè)組成部分的功能 PAGEREF _Toc25974 4 HYPERLINK

5、 l _Toc18651 1.2 數(shù)控系統(tǒng)各個(gè)組成部分的接口特性 PAGEREF _Toc18651 5 HYPERLINK l _Toc11857 1.3數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖 PAGEREF _Toc11857 6 HYPERLINK l _Toc8946 2.計(jì)算機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc8946 6 HYPERLINK l _Toc6708 2.1伺服驅(qū)動(dòng)器的電路分析 PAGEREF _Toc6708 6 HYPERLINK l _Toc10349 2.1.1光電耦合電路 PAGEREF _Toc10349 6 HYPERLINK l _Toc1914 2.1.2光電耦合電

6、路的工作原理 PAGEREF _Toc1914 7 HYPERLINK l _Toc23582 2.1.3伺服驅(qū)動(dòng)器的接線端 PAGEREF _Toc23582 7 HYPERLINK l _Toc7168 2.2位置指令輸出信號(hào)的控制電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7168 8 HYPERLINK l _Toc10588 2.2.1位置指令輸出信號(hào)控制機(jī)的接線端 PAGEREF _Toc10588 8 HYPERLINK l _Toc18159 2.2.1差分驅(qū)動(dòng)器 PAGEREF _Toc18159 8 HYPERLINK l _Toc22323 2.3計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器的連接 PAG

7、EREF _Toc22323 9 HYPERLINK l _Toc32156 2.3.1計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器的連接方法 PAGEREF _Toc32156 9 HYPERLINK l _Toc3639 3.控制信號(hào)及反饋信號(hào)的分析 PAGEREF _Toc3639 9 HYPERLINK l _Toc29846 3.1計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置控制信號(hào)的輸出及反饋信號(hào)的輸入 PAGEREF _Toc29846 9 HYPERLINK l _Toc19926 3.2伺服驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào) PAGEREF _Toc19926 10 HYPERLINK l _Toc24107 3.3光電編碼器角位移信號(hào) PAGER

8、EF _Toc24107 11 HYPERLINK l _Toc21856 結(jié) 論 PAGEREF _Toc21856 13 HYPERLINK l _Toc16857 參 考 文 獻(xiàn) PAGEREF _Toc16857 14前言 隨著現(xiàn)代技術(shù)與先進(jìn)電子元器件的發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用。 伺服驅(qū)動(dòng)器（servo drives）又稱為“ HYPERLINK /view/2221601.htm t /_blank 伺服控制器”、“ HYPERLINK /view/1431082.htm t /_blank 伺服放大器”，是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類(lèi)似于變頻器作

9、用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。 目前主流的伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號(hào)處理器作為控制的核心，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以 HYPERLINK /view/1657074.htm t /_blank 智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計(jì)的 HYPERLINK /view/1614863.htm t /_blank 驅(qū)動(dòng)電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路,在主回路中還加

10、入軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過(guò)程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過(guò)三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過(guò)整流好的三相電或市電，再通過(guò)三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來(lái)驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步 HYPERLINK /view/2139868.htm t /_blank 交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單的說(shuō)就是AC-DC-AC的過(guò)程。整流單元（AC-DC）主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮?HYPERLINK /view/4043515.htm t /_blank 不控整流電路。 隨著伺服系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用，伺服驅(qū)動(dòng)器使用、伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)試、伺服驅(qū)動(dòng)器維修都是伺服驅(qū)動(dòng)器在當(dāng)今比

11、較重要的技術(shù)課題，越來(lái)越多工控技術(shù)服務(wù)商對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了技術(shù)深層次研究。 本說(shuō)明書(shū)重點(diǎn)對(duì)基于通用數(shù)控系統(tǒng)的伺服接口設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。 首先，先概述一下數(shù)控車(chē)床系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)，對(duì)各部分的功能及接口特性加以說(shuō)明,對(duì)信號(hào)流向加以分析。 其次，根據(jù)機(jī)電系統(tǒng)功能要求，完成電氣控制設(shè)計(jì)，并畫(huà)出電氣控制電路原理圖。 另外，分析計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的輸出控制信號(hào)、反饋輸入信號(hào)；分析伺服驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)，繪制計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置與伺服控制器系統(tǒng)接線圖。 分析數(shù)控裝置控制信號(hào)的特征（脈沖+方向），以及伺服電動(dòng)機(jī)的光電編碼器角位移信號(hào)的特點(diǎn)，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向變化時(shí)，角位移編碼器A、 B 相位變化，控制命令（脈沖+方向）和位移反饋信

12、號(hào)（頻率、相位）的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 最后，總結(jié)一下這次課程設(shè)計(jì)的成果。1數(shù)控車(chē)床系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖1.1 數(shù)控系統(tǒng)各個(gè)組成部分的功能 在輸入電源和交流伺服驅(qū)動(dòng)單元之間必須安裝斷路器和交流接觸器，斷路器、接觸器不僅是作為驅(qū)動(dòng)單元的電源開(kāi)關(guān)，同時(shí)還對(duì)電源起保護(hù)作用；還應(yīng)有隔離變壓器、濾波器。a.斷路器及接觸器（必需設(shè)備） （1）斷路器是一種可以自動(dòng)切斷故障線路的保護(hù)開(kāi)關(guān)，具有電路過(guò)載、短路、欠壓保護(hù)功能。驅(qū)動(dòng)單元本身有150，30min 的過(guò)載能力，為了充分發(fā)揮驅(qū)動(dòng)單元的過(guò)載能力。 (2)安裝交流接觸器，通過(guò)電氣保護(hù)電路控制驅(qū)動(dòng)裝置的電源接通和關(guān)斷，可以在系統(tǒng)故障時(shí)，迅速切斷驅(qū)動(dòng)裝置的電源，有效保證了故障

13、進(jìn)一步的擴(kuò)大。b.三相交流濾波器（推薦設(shè)備） 三相交流濾波器是一種無(wú)源低通濾波器，濾波頻段在10kHz30MHz 之間，用來(lái)抑制驅(qū)動(dòng)單元電源端發(fā)出的高頻噪聲干擾。一般情況可以不安裝，當(dāng)驅(qū)動(dòng)單元產(chǎn)生的高頻噪聲干擾影響到用戶使用環(huán)境中其它設(shè)備的正常工作時(shí)，建議安裝。c.隔離變壓器（必需設(shè)備） 使用隔離變壓器給伺服單元供電，可以減少伺服單元受電源、電磁場(chǎng)干擾的可能性。隔離變壓器的選型，應(yīng)根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的額定容量、負(fù)荷率及占載率來(lái)確定：伺服電動(dòng)機(jī)功率1kW 時(shí)必須采用三相隔離變壓器供電；單個(gè)軸時(shí)，以隔離變壓器容量伺服電動(dòng)機(jī)功率80為宜，用戶可在伺服電動(dòng)機(jī)功率的70至100之間選擇隔離變壓器容量；兩個(gè)軸以

14、上時(shí)，以隔離變壓器容量總伺服電動(dòng)機(jī)功率70為宜，用戶可在總伺服電動(dòng)機(jī)功率的60至80之間選擇隔離變壓器容量。d.伺服驅(qū)動(dòng)器 伺服驅(qū)動(dòng)器（servo drives）又稱為“ HYPERLINK /view/2221601.htm t /_blank 伺服控制器”、“ HYPERLINK /view/1431082.htm t /_blank 伺服放大器”，是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類(lèi)似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。 目前主流的伺服驅(qū)

15、動(dòng)器均采用 HYPERLINK /view/529231.htm t /_blank 數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為控制核心， 可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以 HYPERLINK /view/1657074.htm t /_blank 智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計(jì)的 HYPERLINK /view/1614863.htm t /_blank 驅(qū)動(dòng)電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過(guò)程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過(guò)三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行

16、整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過(guò)整流好的三相電或市電，再通過(guò)三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來(lái)驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步 HYPERLINK /view/2139868.htm t /_blank 交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單的說(shuō)就是AC-DC-AC的過(guò)程。整流單元（AC-DC）主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮?HYPERLINK /view/4043515.htm t /_blank 不控整流電路。e.編碼器 編碼器（encoder）是將信號(hào)（如 HYPERLINK /view/354632.htm t /_blank 比特流）或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備。 HYP

17、ERLINK /view/237708.htm t /_blank 編碼器把 HYPERLINK /view/750215.htm t /_blank 角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，前者稱為 HYPERLINK /view/485245.htm t /_blank 碼盤(pán)，后者稱為碼尺。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種；按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類(lèi)。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過(guò)程無(wú)關(guān)。1.2 數(shù)

18、控系統(tǒng)各個(gè)組成部分的接口特性驅(qū)動(dòng)單元的電機(jī)編碼器接口CN2 是25 孔式插座，制作連接線用的連接應(yīng)該是25 針式插頭。驅(qū)動(dòng)單元的控制信號(hào)接口CN1 是44 針式插座，制作控制線用的連接器該是44 孔式插座。 （3）VCMD+（CN1-17）/ VCMD-（CN1-1）為速度指令輸入端，最大接收10V 直流電壓信號(hào)，端口輸入阻抗為15K。 （4）伺服單元無(wú)24V 電源輸出，開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入時(shí)需要在外部配備24V 使用電源。規(guī)格要求：DC15V24V， 100mA 以上。建議與輸出電路使用同一電源。COM（CN1-38/39）為輸入點(diǎn)公共端，DG（CN1-32/33）為輸出點(diǎn)的公共端。1.3數(shù)控系統(tǒng)

19、電氣原理圖2.計(jì)算機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)本次主要針對(duì)位置指令輸入信號(hào)計(jì)算機(jī)的控制電路設(shè)計(jì)，位置指令輸入信號(hào)電路在伺服驅(qū)動(dòng)器的接線端子分別為、。2.1伺服驅(qū)動(dòng)器的電路分析 2.1.1光電耦合電路 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換 HYPERLINK /view/481400.htm t /_blank 器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的 HYPERLINK /view/641241.htm t /_blank 引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見(jiàn)的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、 HYPERLIN

20、K /view/1104577.htm t /_blank 光敏三極管等等。 它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類(lèi)最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電光電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。光電耦合器的種類(lèi)較多，常見(jiàn)有光電二極管型、 HYPERLINK /view/12

21、77994.htm t /_blank 光電三極管型、光敏 HYPERLINK /view/3571.htm t /_blank 電阻型、光控 HYPERLINK /view/13876.htm t /_blank 晶閘管型、光電 HYPERLINK /view/3978244.htm t /_blank 達(dá)林頓型、集成電路型等。（外形有金屬圓殼封裝，塑封雙列直插等）。2.1.2光電耦合電路的工作原理當(dāng)電信號(hào)送入光電耦合器的輸入端時(shí)，發(fā)光二極體通過(guò)電流而發(fā)紅光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流，電路導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無(wú)信號(hào)，發(fā)光二極體不亮，光敏三極管截止，電路不通。對(duì)于數(shù)位量，當(dāng)輸入為低電平“0”時(shí)，光

22、敏三極管截止，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入為高電平“1”時(shí)，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“ 0”。2.1.3伺服驅(qū)動(dòng)器的接線端 伺服驅(qū)動(dòng)器這邊有四個(gè)接線與計(jì)算機(jī)相連接，分別為脈沖和方向。PULS+ PULS-為指令脈沖輸入信號(hào)的接線端；SIGN+ SIGN-為指令方向輸入信號(hào)的接線端。2.2位置指令輸出信號(hào)的控制電路的設(shè)計(jì)2.2.1位置指令輸出信號(hào)控制機(jī)的接線端 計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器采用差分驅(qū)動(dòng)接法。差分驅(qū)動(dòng)方式下，采用型號(hào)為AM26LS31驅(qū)動(dòng)芯片。指令脈沖信號(hào)和指令方向信號(hào)內(nèi)部電路下面的兩個(gè)端子、是指令脈沖輸出信號(hào)的接線端，上面的兩個(gè)端子、是指令方向輸出信號(hào)的接線端，這兩組信號(hào)均為差分驅(qū)動(dòng)

23、輸出。2.2.1差分驅(qū)動(dòng)器單端輸入信號(hào)系統(tǒng)要復(fù)雜，但差分信號(hào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是明顯的。第一，差分信號(hào)對(duì)外部電磁干擾（EMI）是高度免疫的。一個(gè)干擾源對(duì)差分信號(hào)對(duì)的每一端影響都是相同的。因?yàn)橛呻妷翰顏?lái)決定信號(hào)，兩邊的干擾相抵，信號(hào)便不會(huì)有大幅的變化。第二，差分信號(hào)有利于識(shí)別微小信號(hào)。在差分信號(hào)系統(tǒng)中，基準(zhǔn)點(diǎn)是由使用者來(lái)確定的，可以選擇兩輸入端的平均信號(hào)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，這就減小了信號(hào)的擺動(dòng)范圍。第三，單端輸入系統(tǒng)的信號(hào)要依靠虛地，而差分信號(hào)就不需要這樣一個(gè)虛地，增加了雙極型信號(hào)的保真度和穩(wěn)定性。第四，差分信號(hào)的時(shí)序定位精確。差分信號(hào)受工藝和環(huán)境溫度的影響小，可降低時(shí)序上的誤差。目前流行的LVDS就是一種小振

24、幅差分信號(hào)技術(shù)。差分放大器就是接受和輸出差分信號(hào)的器件，同運(yùn)算放大器一樣，它能接收雙端輸入，不同的是它具有雙輸出端，而不像運(yùn)算放大器只有單端口。在差分放大器中，其輸出共模電壓（VOCM）能獨(dú)立地被差分電壓控制。2.3計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器的連接2.3.1計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器的連接方法脈沖+方向輸出信號(hào)通過(guò)計(jì)算機(jī)接口的1、9、2、10腳，與伺服驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)接口的30、15、29、14腳相連接。計(jì)算機(jī)的控制命令通過(guò)幾個(gè)接口輸出輸送到伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器接收到控制命令之后去執(zhí)行。3.控制信號(hào)及反饋信號(hào)的分析3.1計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置控制信號(hào)的輸出及反饋信號(hào)的輸入加工程序經(jīng)輸入設(shè)備，輸送到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)將數(shù)

25、字脈沖或者模擬電壓經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)，輸送到伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)信號(hào)去完成相應(yīng)的命令。伺服驅(qū)動(dòng)器接受信號(hào)，邊進(jìn)行計(jì)算，邊控制伺服電機(jī)的速度、位置和轉(zhuǎn)矩等，編碼器將檢測(cè)的信號(hào)及時(shí)送到伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋信號(hào)，精確的完成任務(wù)。3.2伺服驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào) 驅(qū)動(dòng)單元接受數(shù)控系統(tǒng)等控制裝置（也稱為上位機(jī)）的速度（或位置）指令，控制伺服電機(jī)繞組電流的頻率和大小，使伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)角）接近速度（或位置）指令值，并通過(guò)編碼器的反饋信號(hào)來(lái)獲得伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)角）實(shí)際值與指令值的偏差，驅(qū)動(dòng)單元不斷調(diào)整伺服電機(jī)繞組電流的頻率和大小，使得伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)角）實(shí)際值與指令值的

26、控制在要求的范圍內(nèi)。伺服裝置有三種基本的控制模式：位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制，系統(tǒng)框圖如下圖4-1。a.位置控制： 位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過(guò)通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。由于位置模式可以對(duì)速度和位置都有很?chē)?yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等等。b.速度控制： 通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測(cè)位置信號(hào)

27、，此時(shí)的電機(jī)軸端的編碼器只檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號(hào)就由直接的最終負(fù)載端的檢測(cè)裝置來(lái)提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過(guò)程中的誤差，增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。c.轉(zhuǎn)矩控制： 轉(zhuǎn)矩控制方式是通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來(lái)設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如10V對(duì)應(yīng)5Nm的話，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5V時(shí)電機(jī)軸輸出為2.5Nm:如果電機(jī)軸負(fù)載低于2.5Nm時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，外部負(fù)載等于2.5Nm時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)，大于2.5Nm時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)(通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生)。可以通過(guò)即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來(lái)改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過(guò)通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用主要在對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要

28、求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì)隨著纏繞半徑的變化而改變。 3.3光電編碼器角位移信號(hào) 增量式光電編碼器輸出信號(hào) 增量編碼器是以脈沖形式輸出的傳感器，其碼盤(pán)比絕對(duì)編碼器碼盤(pán)要簡(jiǎn)單得多且分辨率更高，一般只需要三條碼道。它的碼盤(pán)的外道和中間道有數(shù)目相同均勻分布的透光和不透光的扇形區(qū)（光柵），但是兩道扇區(qū)相互錯(cuò)開(kāi)半個(gè)區(qū)。當(dāng)碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它的輸出信號(hào)是相位差為90的A相和B相脈沖信號(hào)以及只有一條透光狹縫的第三碼道所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)（它作為碼盤(pán)的基準(zhǔn)位置，給計(jì)數(shù)系統(tǒng)提供一個(gè)初始的零位信號(hào)）。從A，B兩個(gè)輸出信號(hào)的相位關(guān)系（超前或滯后）可判斷旋轉(zhuǎn)的方向。若A相超前于B相，對(duì)應(yīng)某一旋轉(zhuǎn)方向，則B相超前A相時(shí)，對(duì)應(yīng)相反的旋轉(zhuǎn)方向，用比較簡(jiǎn)單的邏輯電路，就能根據(jù)這兩個(gè)軌道來(lái)確定旋轉(zhuǎn)方向。結(jié) 論 一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，雖然結(jié)果不是那么理想，但是在這個(gè)過(guò)程中總體我們還是比較滿意的。這次課程設(shè)計(jì)不僅鞏固了之前所學(xué)到的知識(shí)，而且還學(xué)到了課外的許多東西。這次課程設(shè)計(jì)只是個(gè)開(kāi)始，是為今后的課程設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)；最重要的是：我們多多少少的學(xué)到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)