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解脱527

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新技术在运动控制系统中的应用

解脱527  发表于 2007/9/8 12:23:55      787 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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信息时代的高新技术推动了传统产业的迅速发展,在机械工业自动化中出现了一些运动控制新技术:全闭环交流伺服驱动技术、直线电机驱动技术、网际开放式结构高性能DSP多轴运动控制系统技术、可编程计算机控制器、运动控制卡等。本文中我们介绍网际开放式结构高性能DSP多轴运动控制系统技术和基于运动控制板卡的双轴运动控制系统。随着数字信号处理器(DSP)的性价比提高,DSP越来越多地在运动控制系统中得到应用。基于先进控制理论和DSP技术实现手段的并行发展,越来越多的先进控制策略迅速的应用到工程实际中去,这使得复杂运动控制系统(如机器人运动控制)和高性能运动控制系统得到快速发展。 TI公司推出的TMS320C24x是专门为了满足复杂电机数字控制需求而设计的,其设计以较廉价的交流感应、直流无刷或开关磁阻电机为控制对象,有效地利用了DSP地高性能。可以采用先进地控制策略来估计参数以适应电机加载、温度以及能耗地变化。利用C24x,设计者可以构成数字地电流环,有效地减小电机转矩波动。其运算功能可以用于功功率因数校正,从而更有效地实现电能与机械能地转换,减小电机消耗地总能量。此外,采用C24x地主要优势是由于在芯片上集成了A/D转换器及事件管理器而减少了外围芯片地使用量,另外由于C24x具有实时算术运算能力从而支持无传感器驱动并减少了存储器查表工作。由C240构成地运动控制系统如图2所示。C240芯片内优化的事件管理器是为设计者提供完整的高性能电机控制方案的关键。从功能上看,它提供的脉宽调制及I/O接口可以用于驱动各种类型的电机。它还支持集中及非集中的脉宽调制生成能力以及空间矢量脉宽调制状态装置以实现开关功率晶体管的优化方案。它能以较低的功耗得到较长的晶体管使用期,它还包括死区发生单元从而有助于保护功率晶体管。 DSP的片内结构特点和外围电路对运动控制系统特别有用。如A/D、大容量存储器、定时器、比较单元、PWM波形发生器、快速中断处理能力、高速串行口及I/O口等。设计者可以通过DSP实现信号处理、特殊输入轨迹、各种先进控制策略、脉宽调制和诊断保护等高性能的运动控制功能。双轴运动控制系统的执行电机采用步进电机或全数字式伺服电机,运动控制板卡是基于PC机ISA总线的步进或数字式伺服电机的上位控制单元。运动控制板卡与PC机构成主从式的控制结构:PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等工作,运动控制板卡完成运动控制的细节,包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速处理、原点和限位等信号的检测等。双轴运动控制系统的基本运动形式有独立运动(包括点位运动和连续运动)、插补运动(包括线性插补运动和圆弧插补运动)。独立运动是指双轴的运动之间没有联动关系,可以单轴运动,也可以是两轴同时按各自的速度运动。插补运动是指双轴按一定的算法进行联动,被控轴同时启动,同时达到目标位置,插补运动以矢量速度运行。通过双轴运动控制系统的实例可以看出,通过PC-based的运动控制卡技术可以方便的实现运动控制系统的结构模块化和标准化,大大的提高运动控制系统的柔性,降低开发、维修和升级的成本。
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