labview 和pxi-7358 多轴运动控制卡的地 震模拟振动台控制系 统设计new

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1、LabVIEW和PXI-7358多轴运动控制卡的地震模拟振动台控制系统设计""基于PXI-7358运动控制卡和LabVIEW软件中的电子齿轮功能，成功的解决了项目中的冗余驱动问题，极大的降低了控制系统设计的难度。""-峰高,上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室TheChallenge:短期内实现8台伺服电机的变参数同步控制，为并联机构的多电机控制应用提供解决方案，突破重载系统中的冗余输入技术难题，并实现快速响应。TheSolution:方案全部采用NI产品，以PXI-1042内嵌PXI-8186控制器为核心，硬件设计采用PX

2、I-7358多轴运动控制卡和UMI-7774接口板驱动8个电机，采用LabVIEW7.1软件的电子齿轮功能轻松实现其中两个电机的完全同步，并利用PID软件包的强大功能实现快速开发。图1双驱动模块Author(s):金良宫-上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室现朝赵-上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室峰高-上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室地震模拟振动台是地震工程研究的重要手段，是集激振系统、测试系统和分析系统于一体的现代振动试验系统。由于地震模拟振动台不仅负载量大，而且能模拟天然地震波和人工地震波，因此在原子

3、能反应堆、海洋结构工程、水工结构、堤岸结构和桥梁结构等方面发挥着重要的作用。传统的地震模拟振动台大都采用液压驱动。液压驱动属于力封闭控制，在多电机驱动时能够通过液压缸中液体的自身弹性达到同步控制的目的。为了消除液压系统带来的污染，减小制造成本，我们提出采用冗余输入电机驱动的地震模拟振动台，并设计了具有自主知识产权的冗余驱动模块，该模块能将两个输入通过机械方式转换为单输出。地震模拟振动台的机构本体为一并联机构，由8个伺服电机驱动以实现重载，因此在控制系统设计上需要保证8个伺服电机的同步和响应的快速性。本系统以PXI-1042内嵌PX

4、I-8186控制器为核心，PXI-7358多轴运动控制卡驱动8个电机，采用LabVIEW7.1软件的电子齿轮功能实现其中两个电机的完全同步。本系统从软件到硬件均采用NI的产品，具有很好的集成性和兼容性，并能够以最短的周期完成。 地震模拟振动台机械系统：我们开发的DZ10型地震模拟振动台系统综合了并联机器人技术、冗余输入技术等，采用了已申请国家发明专利的双驱动模块作为振动台的输入。整个台面为1×1米，由六条运动链和八个伺服电机驱动，其中采用双驱动模块的两套电机必须保持控制上的同步。图1和图2分别是双驱动模块和DZ10型地震模拟振动台

5、样机。控制系统设计：控制系统设计要综合考虑机械本体、目标要求、开发周期等各种因素：1）系统为八轴运动控制，首先确定运动控制卡为八轴控制卡，如PMAC、ADLINK、NI、固高等产品均可选。2）系统中的双驱动模块要求两个输入电机同步控制，为了简化设计，采用LabVIEW软件中的电子齿轮功能是不错的选择。3）与VC、VB相比，LabVIEW软件及控制软件包提供了强大的PID算法，数据分析，处理功能。4）要能有效的缩短开发周期。显然，LabVIEW图形化的编程语言对编程者要求很低，能使开发者集中于专业知识的应用。最终确定本系统总体结构是

6、基于开放式实时测试平台PXI-1042，以嵌入式PXI-8186作为主控制器，内插NI公司的PXI-7358运动控制卡实现8个伺服电机的运动控制，所有8个伺服轴为联动方式。NI的7358运动控制卡和PXI-8186的通讯由PXI插槽实现，因而具有很快的传输速度。        PXI-7358运动控制卡主要完成运动控制，而地震模拟振动台的输入输出信号等开关量，如操作按钮及状态指示等，则通过PXI-6511数字输入卡实现，最多具有64点的开关量I/O。同时，由于PXI-7358运动控制卡本身具有回零、正负限位控制等功能，因此各轴原点

7、及限位开关通过UMI-7774接口板卡直接连接到PXI-7358运动控制卡上。PXI-7358运动控制卡对各伺服轴的控制是以速度指令输出的形式给出的，即伺服驱动器工作在速度随动状态，位置闭环则由PXI-7358运动控制卡完成，因此，位置检测码盘信号除接至伺服驱动器外，还需要接到PXI-7358运动控制卡上。系统硬件的结构如图3所示。在实际施工时，由于交流伺服系统工作时（主要是逆变时）PWM脉宽调制载波的干扰作用非常强，因此除了在电气系统上采取了相应的抗干扰措施，如采用三相电源噪声滤波、三相电抗器外，还从控制柜整体结构上采取了相应的

8、应对措施，把包括上位机PXI设备、PXI-7358运动控制卡、UMI-7774端子板、PXI-6511数字输入卡等在内的核心控制器布置在弱电数控柜中。同时，把伺服放大器、接触器、空气开关、滤波器、电抗器等集中在强电柜中，体积较大的变压器则单独封装。