制造装备控制作业_兵器核科学_工程科技_专业资料

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1、基于PMAC的多轴控制系统设计1引言随着齿轮行业的发展，市场对于齿轮量仪的需求逐渐扩大，并向着高精度、高效率、自动化的方向发展，这就要求我们要不断地完善和提升齿轮量仪的设计水平，才能满足市场日益变化的要求。齿轮量仪要想提高精度和测量效率，除了改进机械结构、提高机械零部件加工和装配工艺水平及优化测量软件外，述冇很重要的一点就是仪器控制系统的升级与优化，本文主耍介绍在这方面所做的一些努力和工作。原冇的齿轮量仪采用的控制系统是以步进屯机作为驱动部件，CAMAC电箱以及单轴独立的光栅采集卡、驱动控制卡作为控制单元而组成的半闭环控制系统。该系统存在着控制原理老化、集成度不高、扩展开发能力弱等

2、缺点。为了配合仪器的升级换代，公司决定重新设计齿轮仪器的控制系统。耍求新的控制系统应具备响应速度快、性能稳定可靠、集成度高、功能接口多且具有一定通用性和扩展性的特点，并能实现多功能多轴运动控制的系统。经过研究决定该系统采用集成化程度高的多层电路板搭接结构，以PMAC运动控制卡作为控制核心，集成光栅信号处理电路、电感信号处理电路、伺服电机控制电路、手动控制电路和接口电路等6大模块，系统原理框图如图1所示，下而将针对各个模块的设计及功能特点进行介绍。测光集感及采电头栅卡K光栅信号处理电路=nI『彳直线光栅尺与圆光栅L..电感信号处理电路伺服电机控制电路电感测头制交流伺服电机及驱动器11

3、U操作杆'限位、按键等J图1系统原理框图2多轴控制系统的具体设计2」PMAC运动控制卡的选型及其特点PMAC控制卡(ProgramMultiple-axisController)是一种基于DSP的可编程多轴运动控制器，貝有响应速度快、精度高、开发周期短、编程和操作简单的特点，广泛运用于机器人、数控机床等多轴控制的高精度伺服装置上。PMAC运动控制卡根据传输总线的不同、控制方式的不同和最人控制运动轴数的不同等I大I素分成多个系列和型号，彼此之间在功能和价格上有着较大的差异。根据我们的实际应用需求，最终选定使用网口通讯的、输出±10V模拟量电压驱动电机的四轴PMAC运动控制卡。相比采用

4、PCI总线通讯的控制卡，网口通讯更加稳定可靠，不容易出现因接触不良导致的故障，而且网口通讯的方式使得通过网络远程在线调试控制系统成为可能。2.2接口电路接口电路的作用就是起到一个桥梁作用，将计算机、多轴控制系统和众多的外部电气元件连接起来，通过对所冇要传输的信号进行合理分配，最终确定在新的控制系统上设计4个光栅接口、4个电机接口、1个操作血板接口和1个电感测头及光栅计数卡板卡接口，这样的设计既简化了外接电缆的数量，又不失通用性和灵活性，适合在不同类型的齿轮量仪上使用。在电路图设计时要合理地配置限流电阻值和滤波电容值，应用光耦元件隔离信号，增强系统信号的稳定性和抗干扰性。2.3手动控

5、制电路齿轮量仪在操作时需要有口动和手动两种控制模式，仪器在口动模式下完成坐标校订或测量动作，而在测量开始前各运动轴的初始定位就需要在手动模式下完成。这次设计的控制系统，自动模式由PMAC卡控制完成，而手动模式是由操作而板上的模拟量操作杆，配合手动控制电路完成手动控制指令输入，再由PMAC控制卡通过电机控制电路控制伺服电机完成。模拟量操作杆为外购件，根据扳动角度的不同可以输出±5V的模拟量电压，手动控制电路在处理这个电压信号吋，需要将它进行对称性调整和放人处理，最终设计的手动控制电路如图2所示，其中B7电位器负责调整放大比、B8屯位器调整屯压对称性。B7RW&STaTI〜J5V/10

6、0*-UB51OflfYAWIAIMATVrtftr*•irwl•tKAINBv.♦INft104图2亍动控制电路2.4电感信号处理电路电感信号处理电路与其它模块相对独立，设计中我们将其作为一块独立的电路板单独开发，它的主要作用是处理电感测头信号，并将处理后的信号经过AD转换成数字信号，最终通过控制系统的接口模块传送到测头信号和光栅采集卡上。整个电路的设计重点是电感测头信号的处理，本次设计中我们应用了专用的线性位移差分变压器（LVDT）芯片AD698,应用这种集成芯片可以大犬简化电路的设计，因为AD698具有所有必不可少的电路功能，只要增加儿个外接电气元件来确定激磁频率和增益，就能

7、高精确和高再现性地将电感测头工作吋产牛的机械位移转换成单极性或双极性的直流电压信号（其工作原理框图如图3所示）。参照AD698芯片手册，设计的电感测头信号处理电路如图4所示，其中C6确定激励信号频率，R5设置激励信号的电压幅值，R13设置增益和输出范围。2.5光栅信号处理电路和伺服电机控制电路光栅信号处理电路比较简单，不需要对光栅信号进行过多的处理，它的作用是将外部光栅尺输入的光栅信号分为两路：一路直接通过专用接II输出到测头信号和光栅采集卡上，用作齿轮量仪测量时的坐