运动控制开发平台实验指导书

运动控制开发平台实验指导书版版权权声声明明固高科技（深圳）有限公司保留所有版权固高科技有限公司（以下简称固高科技）具有本产品及其软件的专利权、版权和其它知识产权。未经授权，不得直接或间接的复制、制造、加工、使用本产品及相关部分。声声明明固高科技保留在不预先通知的情况下修改设备和文档的权力。固高科技不承担由于使用本说明书或本产品不当，所造成的直接的、间接的、特殊的、附带的、或相应的损失和赔偿。I运动控制开发平台实验指导书安安全全注注意意事事项项：运动控制开发平台主要用于教学和科研。在安装，使用和维护之前，请仔细阅读本手册。请将本手册备在身边，以备需要时随时查阅。另外，即使“注意”所记载的内容，也可能因为不同的情况产生严重后果，因此任何一条注意事项都很重要，在设备使用过程中请严格遵守。虽然不符合“危险”“注意”的内容，但是用户在使用过程中必须严格遵守的事项，在相关地方以记载。表1警告标志不正确的操作将会导致重大人身事故。不正确的操作会导致设备损坏。必须要做的操作。被禁止的操作。使使用用注注意意事事项项使用（安装、运转、保养、检修）前，请务必熟悉并全部掌握本手册和其它相关资料，在熟知全部机器知识、安全知识、以及注意事项后再使用设备。本手册将安全注意事项分为“危险”“注意”“强制”“禁止”分别记载。II运动控制开发平台实验指导书目录版权声明....................................................................I声明........................................................................I安全注意事项：.............................................................II使用注意事项...............................................................II前言......................................................................1第一章运动控制器基础实验.........................................................................................................2第二章电机与驱动（执行）装置使用、维护和调整实验.........................................................5第三章运动控制器的调整－数字滤波器的基本控制作用.......................................................10第四章机电一体化系统的传感器选型与应用实验...................................................................12第五章插补原理和实现实验—运动控制器的编程...................................................................14第六章基于DSP的插补技术—运动控制器的高级编程..........................................................19第七章数控代码编程实验...........................................................................................................21附录B运动控制开发平台演示软件的使用说明.......................................................................26B.1.1菜单和工具栏......................................................................................................33B.1.2系统状态显示......................................................................................................33B.1.3基于轴的控制......................................................................................................33B.1.4基于坐标系的控制..............................................................................................34B.1.5输入输出控制......................................................................................................34B.1.6GT命令编辑和运行.............................................................................................34B.1.7基本参数设置窗口..............................................................................................34B.1.8选项设置窗口......................................................................................................34B.1.9状态栏..................................................................................................................34B.1.10XY(Z)平台控制窗口..........................................................................................35B.1.11XY(Z)平台基本参数设置窗口..........................................................................35III运动控制开发平台实验指导书前前言言运动控制开发平台是许多机电一体化系统的微缩模型，它与机电一体化许多设备一样，有四个电机控制轴。如车、铣、钻、激光加工等各种数控设备。因此运动控制开发平台对于运动控制和机电一体化系统的教学和科研具有普遍意义。运动控制开发平台按照工业标准设计、采用工业级零部件制造；开放式的结构，将运动控制卡的基本功能全部置于操作面板上；不仅适用于机电一体化系统的教学和研究，同时还可以用作于机器人、PCB封装、半导体加工和零件装配等各种工业应用场合软件的设计平台。许多的机电系统的有必要在实验室中专门深入研究，安全控制问题成了大多数控制系统需要克服的难点。但是由于绝大多数的机电控制系统都是非常危险的，因此成了实验室研究的主要障碍。而运动控制开发平台就是解决这种矛盾的昀好的实验工具，它简单、安全并且具备了一个机电控制系统所具有的控制机构。1运动控制开发平台实验指导书第一章运动控制器基础实验实验目的：了解运动控制器的工作原理和组成模块，掌握固高运动控制器的基本特点、使用方法和选用技巧。理论回顾：开环控制系统和闭环控制系统，运动控制器与伺服系统的匹配等。能对输出量与参考输入量进行比较，并且将它们的偏差作为控制手段，以保持两者之间预定关系的系统，称为反馈控制系统。反馈控制系统通常输入闭环控制系统。在实践中，反馈控制和闭环控制这两个术语常常交换使用。在闭环控制系统中，作为输入信号与反馈信号之差的作用误差信号被传送到控制器，以便减小误差，并且使系统的输出达到希望的值。采用交流伺服电机的位置控制系统就是闭环控制系统的一个例子，安装在电机轴上的编码器不断检测电机轴的实际位置（输出量），并反馈回伺服驱动器与参考输入位置进行比较，PID调节器根据位置误差信号，控制电机正转或反转，从而将电机位置保持在希望的参考位置上。系统的输出量对控制作用没有影响的系统，称为开环控制系统。在开环控制系统中，既不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到系统的输入端与输入量进行比较。采用步进电机的位置控制系统就是开环控制系统的例子。步进驱动与控制器只是按照指令位置运动，不必对输出信号（即实际位置）进行测量。闭环控制系统的优点是采用了反馈，因而使系统的响应对外部干扰和内部系统的参数变化均相当不敏感。这样，对于给定的控制对象，有可能采用不太精密且成本较低的元件构成精确的控制系统。在开环情况下，就不可能做到这一点。从稳定性的观点出发，开环控制系统容易建造，因为对开环系统来说，稳定性不是主要问题。但是另一方面，在闭环控制系统中，稳定性则始终是一个重要问题，因为闭环系统可能引起过调误差，从而导致系统震荡。运动控制器作为机电一体化系统的核心控制系统，已经历了20多年的发展，正在逐步取代传统封闭型的控制系统，被广大机电一体化系统设计工程师所采用。与此同时，与执行装置（电机）所配套的伺服驱动装置也在不断的发展，许多系统已经具备了各种运动控制功能。对于给定的控制对象，必须根据控制目标选用适当的执行与驱动装置，然后根据执行与驱动装置的功能特征选用合适的运动控制器，以昀大限度地利用控制与驱动装置的功能，降低系统成本。目前被工业界广泛采用的交流伺服系统（电机+驱动）通常具有力矩控制、速度控制和位置控制等闭环控制功能。而常用的运动控制器除了具有轨迹规划功能外，也具有位置控制和速度控制等闭环控制功能。如果采用伺服系统的位置闭环控制，配套选用的控制器则只需具有轨迹规划功能，这样的运动控制器通常价格比较低廉，而且稳定性和可靠性也会比较好，如图1-1所示。如果选用步进电机和驱动系统，该类型控制器也同样适图1-1闭环控制系统方案1用。这种类型的运动控制器通常叫做位置脉冲型运动控制器。如果我们想利用伺服驱动的速度闭环来完成系统的位置闭环控制，则需要选用具有位2运动控制开发平台实验指导书置闭环控制功能的运动控制器，如图1-2所示。这种控制方式通常比第一种控制方式具有更高的控制精度，但系统的调整比第一种控制方式复杂和困难。在这种控制方式下，运动控制器接受位置反馈信号，进行位置闭环控制，向伺服驱动器输出模拟电压控制信号。伺服驱动装置接受速度控制信号，完成速度闭环控制。目前，这种类型的运动控制器也已非常普遍。如果伺服驱动装置只具有力矩闭环控制功能（通常这种驱动装置结构简单，成本低廉），则需选用具有速度闭环和位置闭环控制功能的运动控制器来完成系统的高精度位置和轨迹控制。这种类型的运动控制器结构比较复杂，成本也会比较高，但对于需要多轴运动控制的系统来说，如果采用具有多轴控制能力的运动控制器，总的系统成本可能会比其它两种方式还要低廉一些。因为多个驱动成本的降低幅度会超过一块运动控制器成本的增加幅度。不过，除了一些能够配套提供控制器和相应驱动器的生产厂家外，这种控制方式比较少被采用。实验设备：z运动控制开发平台一套zGT-400-SG卡一块或GT-400-SV卡一块zPC机一台z相应说明书GT-400-SV(SG)是高性能的运动控制器，它可以同步控制四