运动控制简介ppt课件

，1，体育控制系统介绍和简单应用，天津职业技术师范大学，2，1 .什么是运动控制系统？运动控制系统是电气拖动控制系统(ControlSystemsofElectricDrive)运动控制系统(通过控制输入功率(例如电动机电压、电流、频率等)来改变工作机器的扭矩、速度、位移等机器数量，从而改变生产过程和工业生产和科学技术的发展对运动控制系统提出了越来越复杂的要求，同时提供了开发和生产各种新型控制装置的可能性。3，2 .运动控制和相关领域，现代运动控制成为了电学、电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术、控制理论、信号检测和处理技术等多个领域相互交叉的综合领域，4、1 .机电-电机是运动控制系统的控制目标电机的结构和原理，决定了运动控制系统的设计方法和运行性能，新电机的发明带来了新的运动控制系统。2.电力电子技术-基于电力电子设备的电力放大和转换设备是弱电控制介质，是运动控制系统的执行手段。作为运动控制系统中电动机的可控电源，其输出功率质量直接影响运动控制系统的运行状态和性能。新电力电子装置的诞生必将创造新的电力放大及转换装置，提高电机电源的质量，提高系统运行性能，积极推进。5，3 .微电子技术-控制基本微电子技术的快速发展，各种高性能大规模或超大型集成电路层出不穷，方便简单的运动控制系统的硬件电路设计和调试工作，提高运动控制系统的可靠性。高速、大容量内存、多功能微处理器或单片机的出现，使多种复杂控制算法在运动控制系统中的应用成为可能，大大提高了控制精度。4.计算机控制技术-系统控制核心(1)计算机控制(2)计算机模拟(3)计算机辅助设计，6，计算机具有强大的逻辑判断、数据计算和处理、信息传输等功能，可以执行各种复杂的运算，实现一般线性调整和其他控制规律，实现仿真控制系统中难以实现的控制功能和效果。计算机控制技术的应用使对象参数识别、控制系统的参数自调整和自学习、智能控制、故障诊断等成为可能，极大地提高了运动控制系统的智能性和系统的可靠性。对于一些很难得到工程上精确的分析解决方案的问题，可以通过计算机求出数值解法，这就是计算机数字模拟。计算机数字仿真具有降低成本、灵活结构、直观结果、方便存储和数据分析等优点。计算机辅助设计(CAD)是在数字模拟的基础上开发的，基于系统数学模型进行模拟，基于给定指标优化的计算机辅助设计成为运动控制系统中常用的分析和设计工具。7，5 .信号检测和处理技术控制系统的“眼睛”运动控制系统的本质是实施反馈控制，即根据给定和输出的偏差进行控制，最终减少或消除偏差，运动控制系统通过传感器实时检测系统的运行状态，配置反馈控制，进行错误分析和错误保护。实际检测信号经常有随机干扰，因此，这些干扰信号对控制系统的正常运行有不利影响，严重的话，也可能妨碍系统的稳定性。为了确保系统的安全可靠运行，必须通过过滤实际检测到的信号等处理提高系统的抗干扰能力。此外，传感器输出信号的电压、极性和信号类型往往不能满足控制器的需要。因此，传感器输出信号通常不能直接用于控制，需要信号转换和数据处理。，8，6 .控制理论-系统分析和设计的基础控制理论是运动控制系统的理论基础和指导系统分析和设计的基础。控制系统实际问题的解决往往能促进理论的发展，伴随着非线性控制、自适应控制、智能控制等新控制理论的诞生，为各种新运动控制系统的研究和设计提供了理论依据。9，3 .运动控制系统及其配置，10，1 .电动机-运动控制系统的控制对象(1)直流电动机-结构复杂，制造成本高，电刷和换向器限制了其速度和容量。优点：易于控制。(2)交流感应电动机结构简单，易于制造，不需要机械换向器，旋转速度和容量都可以大于直流电动机。(3)同步电动机-转速与同步速度相同，机械特性硬，恒频电源时速度控制更困难。变频器的诞生不仅解决了同步电动机的速度，还解决了其启动和跳动问题，有效地促进了同步电动机在运动控制中的应用。2.电力放大和转换装置-执行手段电力电子装置构成电力电子装置。11，电力电子设备：第一代：半控制设备(如SCR)可以轻松应用于相位控制整流器(ACDC)和有源逆变(DCAC)，但要用于无源逆变(DCAC)或直流PWM式电压调节(DCDC)第二代：完全控制单元，如GTO、BJT、IGBT、MOSFET等。在用于手动逆变(DCAC)和直流电压调节(DCDC)时，这些设备不需要强制转换器电路，主电路结构简单。另一个特点是，通过大大提高交换频率，并使用即插即用模块(PWM)技术控制电源的开关，可以显着提高可控制电源的质量。12，第三代：发展为由单个设备驱动、具有保护功能的复合电源模块，提高使用的安全性和可靠性。3.控制器：(1)模拟控制器：模拟控制器通常使用计算放大器及其电气组件实现，具有物理概念明确、控制信号流直观等优点，控制规律反映在硬件电路和使用设备上，电路复杂、通用性差，控制效果受设备性能、温度等因素的影响。(2)数字控制器：硬件电路标准化高，制作成本低，不受设备温度漂移的影响。控制规律反映在软件中，灵活容易修改。还有一些模拟控制器无法实现的功能，如信息存储、数据通信和故障排除。13，4 .信号检测和处理-传感器运动控制系统中常用的反馈信号是电压、电流、速度和位置，需要相应的传感器才能真实地获得这些信号，并实现电源电路(强电)和控制器(弱电)之间的电气隔离。准确度-必须具有足够高的准确度，信号传感器才能保证控制系统的准确度。滤波-信号滤波，模拟控制系统经常使用由模拟设备组成的滤波电路，而计算机数字控制系统经常使用模拟滤波电路与计算机软件数字滤波相结合的方法。14、4 .运动控制系统的转矩控制定律，运动控制系统的基本运动方程：机械惯性矩，转子的机械角速度，3354转子的机械角度，运动控制的目的：电动机的速度和转角控制，直线电动机的速度和位移，15，控制速度和转角的唯一方法是控制马达的电磁扭矩。改变速度变化率，正如人们所预料的。因此，转矩控制是运动控制的根本问题。在高性能运动控制系统中，使用旋转闭环控制，以速度偏差调整系统的动态转矩。16，介绍运动控制系统，根据目标实现进行运动控制分类，X，Z，Y，1。控制直线的位置、点到点、单个轴、位置。，2 .多轴顺序开始/停止，根据预设要求停止每个轴，实现预定轨迹。3 .主从跟随行为，通常沿轴上的主轴以恒定的速率移动。4 .多轴同步运动，各轴之间的恒定电子齿轮比和补偿。补偿通常为两种，光标或晶格检测自动补偿，两种，手动补偿，x，z，y，17，根据动作实施方法：1。旋转运动方式。一般伺服马达通常以旋转运动输出，以旋转形式输出。2 .直线运动方式。目前，直线运动有多种方法，即：一个是螺丝滑块和导轨一起移动。二是直线电机、运动控制系统简介、运动控制系统简介、运动控制系统简介、运动控制系统结构如下。1 .开环系统：完全没有反馈的控制系统。2.半闭环执行机制具有在执行时实现闭环的反馈装置。3.完全闭环命令执行后，不仅执行机构，执行结果也必须参与闭环进行比较。19，执行器和测量反馈机制：1 .执行器：变频器、电机、步进电机、直线伺服、液压执行器、螺杆、导轨、减速器等2。反馈设备：编码器、光字符等，运动控制系统简介，20，介绍了运动控制系统，目前常用的运动控制方法1。PLC控制，主要由高速脉冲控制，通过位置控制方式，通常有很多点对点位置控制。多轴顺序开始，主从跟随，多轴同步，但相对较少，价格可能较高。PLC在运动控制领域占最大的种类，但可以说并不一致。支持体育规制的PLC在国内最常用的是三菱、欧姆龙和松下。欧洲和美国目前的西门子、AB也是相关的。新生军台湾泰达和英红在这方面也很突出，英红现在是这个行业的领头羊。2.运动控制卡凭借自身的专业技能在运动控制市场中占据了更多的比重，但目前卡类一般是用高级语言编程的，很难掌握，其功能实际上非常强大，应用广泛，现在通常需要多轴联动、多轴同步、主从跟随等一些复杂的控制。目前市面上最常见的产品有深圳高戈、美国PMAC卡(态度三角洲tau)、英国trio、成都stepping(音乐创作自动化)、深圳大众兴城、莱西、白山、厦门微控等众多产品。21，3 .CNC系统(NCCNC): CNC系统是主要用于加工设备(如CNC车床、铣床、刨床、磨床和其他加工设备)的更专业的控制系统，特别是在大型或精密加工中心中使用的数字控制系统，通常采用通信控制、光纤、总线和其他数据通信方式，通常采用直流线路共享方式，因此比常规运动控制常见品牌包括巴拿马、西门子、三菱、帕格、等海外品牌，国内目前有中国中部的CNC、矿泉水、等国内品牌。动作控制系统简介，22，伺服电动机控制模式、伺服电动机是运动控制中最常用的执行设备。现在，让我们看一下伺服电动机中一些最常用的控制模式。1.位置控制模式：在位置控制模式下，通常是两个开放信号1。分为脉冲方向。2.差异信号。PLC输出通常为脉冲方向2 .速度控制模式：由模拟控制- 10V - 10V信号指定。欧洲体育控制卡更为常见，如trio、MKSBY125、CT150等。转矩控制模式：模拟控制，指定- 10V - 10V信号。您可以在实际应用程序(如PMAC卡(American DETALTAU)中混合使用不同的模式，并切换到外部条件。，23，运动控制系统性能要求，1 .稳定性2。快速响应3。控制精度高，24，运动控制系统操作，性能要求选择每个子系统的完整系统选择最佳操作条件选择控制算法人机界面，25，运动控制系统的构建方法，总体方案选择根据系统的技术指标要求和过程要求，确定运动控制系统的结构：开环对闭环步进电机对伺服电动机机械传动直接刚度耦合减速器同步齿轮运动控制器：运动反馈元件，26，如何构建运动控制系统，零件选择反馈元件分辨率，安装位置电动机选择步进电动机：转矩大小，步长角度，驱动器细分数伺服电动机：转矩匹配，等效匹配，惯性匹配，频带宽度匹配机械传动减速比运动控制器选择：控制轴数，联动轴数应用程序开发环境，27，运动控制系统构建方法，传感器分辨率增加编码器分辨率：4n/(2)，n旋转脉冲数绝对编码器或旋转变压器分辨率：2 n/(2)，n表示n位二进制传感器安装的位置。电极轴端？负载，28，如何建立运动控制系统，如何选择电动机？电动机选择主要考虑以下方面：系统的精度是连续运行速度和最大速度，最大加速度要求载荷条件惯性情况机械传动结构初始选定电动机的峰值力矩和额定力矩是否符合要求，29，运动控制系统的构建方法，交流伺服系统的选择根据等效匹配惯性匹配力矩匹配，30，运动控制系统的构建方法，伺服系统选择的等效性与每个脉冲对应的机械进给值相匹配。其中脉冲是实际反馈脉冲机械传动和减速比位置分辨率对机器进给率电子齿轮比，31，交流伺服系统应用分析了几种概念定位方法系统精度频带宽度交流伺服系统设置机械系统的完整性设置方法频带宽度和响应时间机械谐振和位置时间。32，选择系统组件，33，需要运动控制系统设计，(1)根据设备的运动和机械要求确定计算、电动机类型和驱动器、减速器、位置检测装置类型和规格的方法。(2)电机和变速器结构。(3)选择适当的系列运动控制器，通常根据伺服电动机、编码器类型和数量进行选择。34，运动控制系统设计，(4)电动机载荷条件。包括电动机的载荷类型、恒定或可变载荷、电动机力矩转换为直线推力或旋转所产生的大惯性载荷，以及电动机载荷是否随速度而变化。马达在正常作业速度范围内计算所需的扭矩。(5)根据操作过程中设备的运动轨迹和速度、位置等运动参数，开发通过调用运动控制器API函数来实现所需运动要求的应用程序。35，开环控制-步进电动机，步进角度选择静态力矩的选择电流选择，36，开环控制-步进电动机-驱动器，双极恒流斩波技术，37，以下是最常用控制方法的示例：下图显示了MOTIONCONTROLER和伺服电动机的信号形式、伺服电动机的控制方法、38、介绍了PLC在运动控制、运动控制中的应用和一些应用实例。向您介绍三菱PLC。39、PLC和运动控制，下面以Mitsubishi PLC为例，介绍如何将PLC应用于运动控制。Mitsubishi MELSEC系列分为集成了FX、Qn系列和最新l系列PLCFX1S系列：的小型单元PLC。具备完整的性能和通信功能等可扩展性。建议考虑占用空间和配置。FX1N系列：功能强大的入门级PLC。扩展的I/o、模拟控制和通信以及链路功能。广泛应用于三菱PLC的典型顺序控制。FX2N系列：FX系列中最先进的系列。为工厂自动化应用程序提供最大的灵活性和控制能力，包括可满足高速处理和单个需求的广泛特殊功能模块。可以说是FX3U:第三代三菱plc，小型至尊产品。基本性能得到了显着提高，晶体管输出的基本单元具有内置的3轴独立高达100kHz的定位功能，添加了新的定位说明，添加了更强大、更易于使用的