多轴运动控制系统的设计.pdf

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1、第8期总第194期农业科技与装备No．8TotalNo．194—20!Q生璺旦垒：g堕!竺!皇翌尘苎曼i竺璺!!垒!!!垫望旦!旦￡岌苎翌曼里g旦!P里!堕垒旦g：呈Q!Q多轴运动控制系统的设计李伟1，段翠芳1，滑伟娟2(1．河南机电高等专科学校机电工程系，河南新乡453002；2．新乡市建设路小学，河南新乡453002)摘要：在分析i坐标测跫机现有运动控制系统的基础上，根据被控对象的特点和实际要求，进行多轴运动控制系统的软硬件设计，以实现多轴运动的精确控制。试验i正明，系统町对各运行轴的运动进行控制，且精度和安全均能满足实际要求，具有良好的可行性、关键词：多轴运动：控制系统；设计；单片机

2、；程序’中图分类号：7FP271+．4；'FP31l文献标识码：A文章编号：1674一1161(2010)08-0025---04随着现代制造技术的迅速发展，三坐标测量机正逐渐成为自动化生产中进行质量控制的主导设备。运动控制系统作为三坐标测量机的运动控制部分，对机具的运行及测量有着重要的作用。在分析现有运动控制系统的基础上．根据被控对象的特点和实际要求，设计一种i坐标测量机多轴电机运动控制系统。试验多块电机控制板传感器信号桥为单片机和FPGA。板机证明，该系统可对各运行轴的运动进行控制。且精度和安全均能够满足实际要求。1硬件设计控制系统主要由电机和伺服驱动器、运动控制器(电机控制电路板和桥

3、接电路板)、PC机组成。图I为控制系统整体设计图。单块控制电路功能模块的核心43臻单块控制电路功能模块11限位信号图1控制系统整体设计图FigurelTheoveralldesignofcontrolsystem试验用三坐标测量机由4个直线运动轴和1个电控转台组成．可实现5轴联动，从而对工件进行多方位测量。商线运动轴选用电机转轴，其通过联轴器与丝杠连接．直线运动导轨在丝杠两侧对称安装，每个直线运动轴上都安装1个轴系托盘(也可以在其上安装另1个直线运动轴)。从而实现多轴运动方向的灵活确定。电控转台的基本作用是实现精度的角度转动，通过蜗轮副的传动进行回转．以便测量各种回转收稿日期：2010-0

4、4-06作者简介：李伟(1981一)，男，助教，硕士，从事机电工程方面的研究。与驱动器通汛体零件．如齿轮、蜗杆、螺纹、凸轮等[1

5、。1．1电机控制板通讯模块设计通讯模块包括电机控制板与桥接板之间和电机控制板与驱动器之间的通讯。电机控制板与桥接板之间采用协议进行通讯。12C_CLK与桥接板接口相连，进行数据交换。桥接板发出的时钟和数据信号传到电机控制板，经过j三极管进入FPGA，同样，FPGA输出的信号经过j极管由电机控制板传到桥接板。其实际连接隋况如图2所示。由图2可见，1块桥接电路板同时与多块电机控制板相连。在通讯过程中按地址发送数据，以实现多轴相互通讯。控制板与驱动器之间的通讯主要考虑

6、电平匹配露圈翠囝农业科技与装备2010年8月图2电机控制板与桥接板Figure2Electricalcontrolpanelsandbridgeplate图3控制板与驱动器接口电路图Figure3Controlpanelanddriverinterfacecircuit和信号隔离问题。FPGA输出的信号电平为3．3V，而驱动器输出电平为12V，为此，采用光耦TLP281—4来解决电平匹配问题。驱动器差分信号与FPGA单端信号之间的相互传输采用芯片AM26LS31ACD和AM261532AcD来实现。图3为控制板与驱动器接口电路图。1．2功能模块电路设计设计中．电源模块负责整个电路板的供电部

7、分；单片机和FPGA负责电机控制、信号处理和计算；DA芯片将数字信号转化为模拟电缝输出给驱动器：光耦和差分单端转换芯片负责电平护‘配和信号转换。‘根据没计要求．电机控制板需提供12V、一12V、5V、3．3V、1．5V5种电压。其中，12V、一12v和5V电压由桥接板电路提供．通过16针接口传输至控制卡电路；3．3V和1．5V电压分别由芯片MIC29302BU一3．3V和CJl117一1．5V产牛。发光二极管DS3、DS4、DS5和DS6用来指示桥接板传输电源的工作状况。设计选用C805IF021单片机．并采用Cyclone系列的FPGA系统。DA芯片采用DAC8811．以模拟控制方式控制

8、电机。TPI．28l-4光耦芯片由4组光耦组成．其主要功能是隔离FPGA与驱动器问的信号。差分单端转换芯片选用AM26LS32ACD(差分转单端)和AM26LS31ACD(单端转差分)。限位开关采用接近式开关，限位接口输出限位信号到FPGA，并由电机控制板将电源信号、限位信号和限位连接信号输入到FPGA。外部光栅信号作为反馈信号刚于闭环控制传输到FPGA。输出到电机控制板的光栅信号为差分信号，采用芯片AM26LS32AC