【《直线电机精密气浮平台系统分硬件选型分析案例》3300字】

直线电机精密气浮平台系统分硬件选型分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u672直线电机精密气浮平台系统分硬件选型分析案例 165021.1直线电机选型 1251331.1.1直线电机选型及性能指标 1158701.1.2直线电机的参数校核 3122331.2光栅尺选型 450241.2.1光栅尺工作原理 486131.2.2光栅的选型及相关技术参数 4234011.3运动控制卡选型 544331.1.1运动控制卡简介 5230231.1.2运动控制卡的选型及相关技术参数 5177381.4伺服驱动器的选型 6263741.4.1驱动器的原理及作用 6317701.4.2驱动器的选型及相关技术参数 71.1直线电机选型1.1.1直线电机选型及性能指标我们选用美国Trilogy的直线电机，他的功率范围大，其额定推力可以达到几千牛顿。而且其过载能力极强，峰值扭矩可达到额定扭矩的5倍。而且其轨道对接的方式可以轻松的达到很长的行程，理论上行程可以达到无限长。在此，根据本系统的加速度要求，系统选用Trilogy直线无刷电机，型号为11014M-NC-WD3P-8，直线电机内置霍尔检测元件和保护线圈的恒温器开关。具体电机参数参考表1.1。图1.1美国Trilogy直线电机表1.1直线电机相关性能指标：性能单位数值最大推力N108.5连续推力N24.5最大功率W938连续功率W47最大（冲击）电流A31.8连续电流A7.2最大末端电压VDC330热量损耗W/℃0.63线圈最大温度℃100线圈质量kg0.12线圈长度mm81.3轨道（模块化）长度mm38.61.1.2直线电机的参数校核根据课题对系统的设计要求和电机的相关参数可知：加速度，，(为滑块的运动行程，0为电机定子的长度，1为电机动子的长度)，，电机峰值推力。由以上数据可得：，且，则：。若滑块的材料选择铝，由则：在后面的滑块设计中，只要要求即可达到系统的运动指标。由动力学公式和得：滑块加速时间：，滑块加速行程:，故：滑块加速减速行程之和=2倍的=226.4mm；由于，滑块的实际运动行程大于滑块加减速行程之和，故满足选型要求。1.2光栅尺选型1.2.1光栅尺工作原理光栅由主光栅、指示光栅、光源和光电元件组成，主光栅和指示光栅的密度相同，但体长相差较大，光栅条纹密度一般为25条/mm，50条/mm，100条/mm，250条/mm等。把指示光栅平行的放在主光栅侧面，并使它们的刻度相互倾斜一个很小的角度，这时在主光栅上就出现几条较粗的明暗条纹，成为莫尔条纹。它们是沿着与光栅条纹几乎成垂直的方向排列，主光栅和被测物体相连，它随被测物体的直线位移而产生移动。当主光栅产生位移时，莫尔条纹便随着产生上、下位移。用光电元件记录莫尔条纹通过某点的数目，便可知主光栅位移的距离，也就测得了被测物体的位移量。1.2.2光栅的选型及相关技术参数图1.2光栅尺雷尼绍提供品种齐全的、小巧的光栅测量系统以满足多种工业领域应用的需求。其广泛应用于大多数工业领域，包括计量、运动系统、电子、半导体设备、医疗、扫描/印刷、科学仪器、空间测量、影像和专用机器。雷尼绍光栅系统的成功开发是基于其创新的非接触式光学结构。这种设计在实现精确测量、高分辨率和零机械磁滞的同时，有很强的抗污能力，如灰尘、轻度油渍和划痕而不影响信号的完整性。这些都确保了用户的机器运行可靠而不需过多的维护。不仅如此，雷尼绍的光栅系统还以其易于安装响誉业界。镀金的光栅尺可被灵活地剪至适宜的长度，其背面自粘的特别设计使得安装时无需钻孔和螺钉压紧，从而节省了时间和成本。所有读数头和接口都有获得专利的LED安装状态指示灯监控，而无需示波器及其它复杂的安装监控装置，这样也节省了时间和成本。最后，参考零位、限位开关和端压块只需粘到所需位置即可完成安装。根据系统的精度要求，并参考电机动子的长度，选择雷尼绍公司RGH24读数头系列中分辨率为0.1μm的光栅尺，具体型号为RGH24Y30D30A。产品规格如下：(1)超小型坚固外壳(2)工业标准的数字和模拟信号输出(3)内置细分卡和安装LED指示灯(4)分辨率为0.1μm(5)参考零位或单限位开关传感器(6)高柔性双屏蔽8芯电缆(7)三态低电平报警信号输出(8)产品外形尺寸：14.8mm×36.0mm×11.5mm(H×L×W)1.3运动控制卡选型1.1.1运动控制卡简介在上一章2.2.2中已经确定选择基于PC的开放式数控系统，并选择其中“NC嵌入PC”的控制系统类型。所谓“NC嵌入PC”的控制系统，包含两个基本组成部分，PC机和运动控制卡。运动控制卡是一种基于工业PC机，用于多种运动控制场合(包括位移、速度、加速度等)的上位控制单元(运动控制器)，它有基于PCI总线、ISA总线或USB总线等多种类型，利用高性能微处理器(如DSP)及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制，它包括脉冲输出、脉冲计数、数字输入、数字输出、D/A输出等功能，可以发出连续的、高频率的脉冲串，通过改变发出脉冲的频率来控制电机的速度，改变发出脉冲的数量来控制电机的位置，脉冲输出模式包括脉冲/方向、脉冲/脉冲方式。1.1.2运动控制卡的选型及相关技术参数运动控制卡与PC构成主从控制结构。在这里PC机我们选用普通计算机，比较控制卡知名品牌后，确定选择国际专业从事于运动控制的美国泰道公司，产品型号为PMACPCI

I型。PMACPCI

I型八轴控制卡是DeltaTau最新版本的多轴板卡。设计用于插入一台PC的一个PCI插槽或作为独立式控制器脱机使用。图1.3PMAC运动控制卡PMACPCI控制器是一块11/2尺寸的板卡，具体规格如下：·40MHzDSP563xxCPU(相当于120MHzPMAC)·128kx24位SRAM用于编译/存储程序·512kx8闪存用于固件和用户备份·2kx8EEPROM用于设定备份·采用最新发布的固件版本·RS-232/RS-422串口通讯，33MHz5VPCI总线接口·4通道轴接口电路，每一个包括：·16位+/-10V模拟量输出·(A/B/C(Z))增量编码器输入·4个标示信号输入(回零，限位，报警)·2个标示信号输出(使能，比较)·显示，控制面板，I/O点接口·扩展16通道反馈·时钟频率在±100ppm·采用PID/陷波/前馈，伺服算法·可选在板附加4路轴通道。1.4伺服驱动器的选型1.4.1驱动器的原理及作用伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块(IPM)为核心设计的驱动电路，IPM内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。伺服驱动器一般可以采用位置、速度和力矩三种控制方式，主要应用于高精度的定位系统，目前是传动技术的高端。1.4.2驱动器的选型及相关技术参数 伺服驱动器主要根据电机类型和控制方式选择。CopleyControlsCorporation是世界上驱动器设计的先驱，有二十多年的丰富经验，为广泛的工业应用提供高性能运动控制解决方案，其中包括半导体、生命科学、自然科学、自动化装配线、测试测量和包装等行业。Copley公司提供从可网络连接的分布式控制的伺服步进驱动器到传统的力矩控制驱动器，提供功率在250W-5kW内的各种安装结构的驱动器，Copley的参数设置软件的使用可使分布式控制系统的调试更加简便、快捷，降低了使用者对控制技术能力的要求。同时采用高端的DSP技术实现电机的调整和换相，大大提高电机的使用性能。本课程系统采用基于PC的分布式控制方式，Copley提供三种适合于分布式控制的驱动器，1）Xenus，100-240VAC数字式驱动器，配无刷/有刷直流电机；２）Accelnet，数字式驱动器，配无刷/有刷直流电机；3)Stepnet，数字式驱动器配步进电机。同时考虑本次选用的是供直流电的直线电机，故参考公司Accelnet的相关系列，选定AccelnetMicro面板式ACJ-055-18的驱动器，具体规格见表1.2。由于CANopen的连通性，Copley提供了一种基于java开发的CopleyMotionExplorer（CME2）参数配置和控制软件。它可以完美的嵌入到计算机的Labview，VisualBasic，C++或者其他应用程序中。对于交叉的编码器线、错接的电机和霍尔相位，CME2软件均可以自动地诊断出并进行调整，同时功能强大的示波器功能使系统调试更为简单。另外内部的Indexer功能可以让使用者通过RS232连接到专用界面来实现控制。表1.2驱动器规格驱动器规格型号Accelnet-ACJ-055-18电机无刷/有刷电机输入电源20-55VDC持续电流6A峰值电流18A控制模式CANopen：PVT