伺服电机高精度定位控制_电子/电路_工程科技_专业资料。伺服电机高精度定位控制

　　伺服电机高精度定位控制 设计原理： 利用 PLC 的高速计数器指令和编码器控制三相交流异步电机实现的 准确定位控制系统， 其原理是通过与电动机同轴相连的光电旋转编码器将电机角位移 转换成脉冲值，经由 PLC 的高速计数器来统计编码器发出的脉冲个数，从而实现定位 控制。 1. 设计与实施 以对传输带的定位控制设计为例加以说明。现需要用传输带运送货物，从货物运 送起点到指定位置(终点)的距离为 10 cm。现要求当传输带上的货物运行 10 cm 后， 传输带电机停止运行。 该系统硬件设置主要包括 S7-200CPU226 型 PLC、 传输带电机(三 相交流异步电机)、OMRON 的 E6A2-CW5W 光电旋转编码器、VFO 系列 BFV00042GK 变频 器等。该系统的工作原理是将光电编码器的机械轴和传动辊(由三相交流异步电机拖 动)同轴相连，通过传动辊带动光电编码器机械轴转动，输出脉冲信号，利用 PLC 的 高速计数器指令对编码器产生的脉冲(采用 A 相脉冲)个数进行计数， 当高速计数器的 当前值等于预置值时产生中断，经变频器控制电动机停止运行，从而实现传输带运行 距离的准确定位控制。很显然，该控制系统中实现准确定位控制的关键是对 PLC 的高 速计数器的预置值进行设置，高速计数器的预置值即为传输带运行 10 cm 时光电编码 器产生的脉冲数。该脉冲数值与传输带运行距离、光电编码器的每转脉冲数以及传动 辊直径等参数有关。该脉冲数可以通过实验测量也可通过计算得出。计算得出传输带 运行 10 cm 对应的脉冲数为： 脉冲数=[(传动辊直径(mm)×π ÷(脉冲数/转)]×传送带运行距离(mm) 该系统通过计算得出脉冲数为 100，则高速计数器的预置值即为 100。 在子程序中，将高速计数器 HSC0 设置为模式 1，即单路脉冲输入内部方向控制 的增/减计数器。 无启动输入， 使用复位输入。 系统开始运行时， 调用子程序 HSC_INIT， 其目的是初始化 HSC0，将其控制字节 SMB37 数据设置为 16#F8，混合式步进电机对高速计数器写入当 前值和预置值，同时通过中断连接指令 ATCH 将中断事件 12(即高速计数器的当前值 等于预置值中断)和中断服务程序 COUNT_EQ 连接起来， 并执行 ENI 指令， 全局开中断。 当高速计数器的当前值等于预置值时，执行中断服务程序，将 SMD42 的值清零，混合式步进电机再次 执行 HSC 指令重新对高速计数器写入当前值和预置值，同时使 M0.0 置位，电动机停 止运行。 2. 系统工作原理 步进电机因其具有结构简单、控制方便、转动惯量低、定位精度高、无累积误差 和成本低廉等优点而成为工业控制的主要执行元件， 尤其是在定位场合中得到广 泛应用。在工业生产中，步进电机和生产机械的连接有很多种，常见的一种是步进电 机和丝杠连接，将步进电机的旋转运动转变成工作台面的直线运动。当需要对工作台 面移动距离进行定位控制时，只需要控制步进电机的转速和角位移大小即可。在非超 载的情况下，步进电机的转速和角位移只取决于脉冲信号的频率和脉冲数。它输出的 角位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的相序，则可 以实现步进电机反转。 目前世界上主要的 PLC 家生产的 PLC 均有专门的高速脉冲输出指令， 可以很方 便地和步进电机构成运动定位控制系统。 由 PLC 高速脉冲指令控制步进电机实现准确 定位的实质是 PLC 通过高速脉冲输出指令 PTO/PWM 输出高速脉冲信号， 经步进电机脉 冲细分驱动器控制步进电机的运行，从而推动工作台移动到达指定的位置，实现准确 定位。工作台移动的距离与 PLC 脉冲数之间的关系为： 式中：N 为 PLC 发出的控制脉冲的个数;n 为步进电机驱动器的脉冲细分数(如果 步进电机驱动器有脉冲细分驱动);θ 为步进电机的布距角，即步进电机每收到一个 脉冲变化，轴所转过的角度;d 为丝杠的螺纹距，它决定了丝杠每转过一圈，工作台 面前进的距离;δ 为脉冲当量(定位精度);i 为传动速比;L 为工作台移动的距离。 显然， 利用 PLC 控制步进电机实现准确定位的关键是对 PLC 产生的脉冲数的设定。 而脉冲数与脉冲当量、传动速比、步进电机驱动器的细分数以及脉冲频率等都有关。 3. 设计与实施 以货物仓储系统中的对直线导轨的定位控制设计为例加以说明。在仓储系统中， 要求由步进电机拖动直线导轨将料块送到指定的仓库门口。 假设从起点到终点的运送 距离为 100 mm，即要求由步进电机带动导轨作直线 mm。为实 现准确定位，系统采用 S7-200 系列 CPU226 型 PLC、四通 57BYG250C 混合式步进电机 和森创 SH-20403 步进电机驱动器等设。 其中 CPU226 型 PLC 的 CPU 有两个脉冲发生 器，分别是 Q0.0 端子和 Q0.1 端子。这两个端子均可输出 PTO/PWM 高速脉冲信，脉冲 频率可达 20 kHz。根据控制要求，系统拟采用高速脉冲串输出 PTO 功能，PTO 功能可 输出一定脉冲个数和占空比为 50%的方波信号。输出脉冲的周期以 μ s 或 ms 为增量 单位。PTO 功能允许多个脉冲串排队输出，从而形成流水线。流水线分为两种：单段 流水线和多段流水线。 为了消除电机的低频振荡，混合式步进电机提高分辨率，采用了步进电机细分驱动器，驱动步距 角为 0.9°/1.8°，脉冲细分数设定为 4。为保证速度和定位精度要求，步进电机运 行一般要经历三个过程，即启动加速、恒速运行和接近定位点时的减速运行。为了维 护步进电机以及驱动设，要求驱动脉冲频率也线性增大，所以，本定位控制系统采 用多管线操作，控制电机的运行过程。设直线导轨起始位置在 A 点，现欲从 A 点移至 D 点， 其中 AD=100 mm。 定位精度只与步进电机脉冲当量有关， 取脉冲当量为 0.11 mm/ 脉冲，则需要 900 个脉冲完成
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