网络环境下交流伺服系统探究及设计

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1、网络环境下交流伺服系统探究及设计【摘要】作为一种现代化的智能自动控制系统，交流伺服系统被广泛应用于各行各业，如工业机器人、数控机床、自动组装生产线和医疗器械等。目前，先进主流伺服控制系统具有交流化、数字化、智能化、模块化和网络化等优点。通过对基于网络环境的交流伺服系统控制策略的研究，开发设计了一种网络环境下的交流伺服系统的软、硬件平台，为运动控制领域及相关行业提供参考，并具有一定的实际应用价值。【关键词】网络环境；交流；伺服系统；设计1.前言网络化的控制体系、微处理器技术、高性能半导体加工技术以及新型伺服电机制造工艺的发展

2、在很大程度上促进了交流伺服控制系统的发展和应用。交流伺服控制系统已经成为自动控制行业中的主流技术，并代表着以后的行业发展方向。该种控制体系是当今工业领域实现自动化的技术基础和前提。交流伺服控制系统能够对各工业产品的加工过程、加工工艺进行综合化的改造和优化。在机电一体化设备上，交流伺服系统也得以广泛的应用。交流伺服控制系统以其优异的性能，被广发的应用于工业生产中的几乎所有领域，例如加工机械，FA机械，医疗机械，机器人，自动组装线，纺织机械等领域中。高性能的伺服电动机是实现交流伺服控制系统其动作完成组建精确运动的关键硬件组成部

3、分，其质量直接关系到控制指令能否被精确的完成。对于那些用于复杂型面加工的数控机床而言，其伺服控制系统将会高频率的处于启动和制动过程中。这就要求其伺服电机有较大的输出力矩和转动惯量比值以产生足够大的加速力矩和制动力矩，并在低速时有足够大的输出力矩，对系统运行的平稳性也有很高的要求。伺服控制的核心是靠偏差的逐渐缩小来实现的。区别于其它类型的自动控制系统的是，交流伺服系统在运行的任何时刻其输入信号和输出信号之间的偏差都不会是零，否则系统将停止运行，只有输入、输出信号的无限的逼近。其工作过程实际上也就是输入和输出信号之间偏差逐渐缩

4、小的一个递进过程。传统的自动控制结构中，在主控计算机和伺服驱动器之间有一个使得控制结构变的复杂并提高成本的运动控制卡，其存在也使得系统的可靠性降低。随着信息技术以及其他相关体系的发展进步，自动化控制领域也经历了一场技术变革，比如动作系统有液压到电气的演变。网络化的交流伺服控制系统是工业现场总线技术和全数字化交流伺服机构的深层次组合。数字化的交流伺服控制体系允许使用者更方便的根据负载大小来调节控制参数，一些模拟回路产生的信号漂移等不稳定因素得以消除。德国、美国和日本等国对网络化的交流伺服控制技术起步早、基础好而且发展应用也更

5、广泛。国内起步晚，基础差,目前尚无系统的研究报告和高质量产品问世。本文尝试对基于网络环境的交流伺服控制技术进行了机理性研究，并基于研究结果设计了基于工业控制总线等技术的交流伺服控制体系平台以期促进国内行业发展。2•基于网络环境的伺服系统的软、硬件结构设计本文将采用基于工业化现场总线的网络化控制体系，将处理器和现场总线接口植入数字型交流伺服电机驱动器控制系统内，构成智能化的全数字伺服控制单元，并将其连接到工业现场总线上，这样既省去了主控计算机和伺服动作器之间的运动控制卡，简化了硬件体系，使得各单元独立出来,同时，也加强了系统

6、与外界的数据共享率，并易于拓展。在此以三轴精密定位平台为基础，以外型模仿数控机床为例，设计的伺服系统将主要用于定位控制和轨迹控制。根据所涉及的机械对象特点，本伺服控制系统使用Ethernet/IP、ControlNet和SERCOS三种网络系统和ControlLclgix系统控制平台，三组伺服驱动器和交流伺服控制电动机组成网络环境下的多轴交流伺服控制系统，系统的硬件组成结构示意图如图1所示。带有CAN总线接口的全数字交流伺服驱动器是该控制体系的核心。该驱动器采用了DSP+FPGA+ASIPM结构，对于提高运算速度、优化控制

7、电路和减小系统体积有很大帮助。并且实验结果表明该控制体系的精度和响应速度以及运行的平稳性都具有较高水准。1.1控制系统选用的网络该控制系统选用Ethernet/IP网络，在运动控制器与计算机之间建立通讯连接。将其作为运动控制程序上传和下载的路径，并使控制计算机成为HMI(HumanMachineInter-face)人机接口，而不再是单一的指令控制单元，以便于对整个系统进行监视与控制。为方便在运动控制器与操作员终端之间建立通讯连接，该系统选用ControlNet网络，来实现操作员终端对伺服系统实时监控；运动控制器与三个伺服

8、驱动器之间的通讯是通过SERCOS网络实现的，并具备网络型伺服系统的特点和功能。下面将分别详述各选用系统的独特的要点：(1)以太网工业协议(EthernetIndustrialProtocolorEthernet/IP)是一种开放的工业联网标准，其支持实时F0控制和消息传递的功能是该系统选择它的依据。(