電子虛擬總軸舞臺(tái)機(jī)械控制論文

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1多電機(jī)同步控制方案

1．1設(shè)計(jì)原理

機(jī)械總軸傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)以機(jī)械長(zhǎng)軸為各個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元提供動(dòng)力的系統(tǒng)，機(jī)械總軸系統(tǒng)中，由于各個(gè)連接裝置的阻尼系統(tǒng)，彈性系數(shù)，衰減系統(tǒng)等參數(shù)取決于機(jī)械總軸本身，這些參數(shù)不容易更改，機(jī)械總軸的傳動(dòng)范圍和距離都會(huì)受到總軸本身的制約，系統(tǒng)一旦建成，系統(tǒng)修改必然需要進(jìn)行機(jī)械部分的改動(dòng)，使得機(jī)械總軸在各個(gè)方面的應(yīng)用受到了限制。而電子虛擬總軸控制方式，其控制原理圖如圖所示，它真實(shí)地模擬了機(jī)械總軸的物理特性，得出與機(jī)械總軸相似的運(yùn)動(dòng)同步特性，由于虛擬總軸部分采用軟件實(shí)現(xiàn)，相對(duì)于機(jī)械總軸，更容易調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)，使系統(tǒng)不需要進(jìn)行大修改就能適用于更多的場(chǎng)合，且通過(guò)參數(shù)調(diào)節(jié)，可以避免系統(tǒng)發(fā)生諧振現(xiàn)象。每個(gè)分區(qū)單元均為獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器單元，通過(guò)簡(jiǎn)單的線路連接即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的增容，使系統(tǒng)的擴(kuò)展變得簡(jiǎn)單，具有較大的靈活性。虛擬總軸輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)虛擬總軸作用后，得出單元驅(qū)動(dòng)器的參考信號(hào)，即參考輸入線速度和參考位置，將參考輸入線速度和參考位置發(fā)送給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器將接收到一致的信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器以編碼器作為當(dāng)前自身速度和位置的采集裝置，不斷對(duì)自身的線速度和位置進(jìn)行速度和位置上的調(diào)整，永遠(yuǎn)跟蹤虛擬總軸的速度和位置。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器均采取此方式跟蹤虛擬總軸，從而實(shí)現(xiàn)眾多電機(jī)的同步運(yùn)行。各個(gè)驅(qū)動(dòng)單元之間沒有耦合，任一單元的擾動(dòng)不會(huì)影響其他單元的工作狀態(tài)，當(dāng)單個(gè)電機(jī)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器會(huì)根據(jù)電機(jī)輸出量的反饋值進(jìn)行速度和位置的調(diào)整，保證電機(jī)從速度和位置上跟隨虛擬總軸，從而消除電機(jī)運(yùn)行擾動(dòng)。

1．2變頻器的硬件設(shè)置和參數(shù)設(shè)置

控制器PLC－200與西門子變頻器MM440之間采用數(shù)字量I／O和模擬量I／O連接作為控制手段，變頻器采用數(shù)字量I／O控制正反轉(zhuǎn)，模擬量I／O控制速度，模擬量輸出為標(biāo)準(zhǔn)電壓為0～10V，對(duì)應(yīng)變頻器控制電壓速度為設(shè)定值P1080～P1082，即0～50Hz即0～1415r／min。當(dāng)正傳控制端Q0．0或反轉(zhuǎn)控制端Q0．1口為1，且模擬量輸出不為0時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)，方向由控制端口決定，當(dāng)正反轉(zhuǎn)端口同時(shí)為1時(shí)，電機(jī)自由停車，相當(dāng)于沒有輸出狀態(tài)。另外，當(dāng)I0．2為1時(shí)，表示變頻器處于故障狀態(tài)，此狀態(tài)會(huì)反映到PLC－200，繼而反映到上位機(jī)。當(dāng)接線完成后，還必須對(duì)變頻器內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，由于使用的電機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)，另外變頻器外接制動(dòng)電阻。

2實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

2．1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

是以本論文中的同步控制系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)，控制對(duì)象是三臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)和三個(gè)吊桿組成的簡(jiǎn)易平臺(tái)，吊桿加上不同重量的砝碼來(lái)模擬在同步控制過(guò)程中負(fù)載大小不同的場(chǎng)景。

2．2實(shí)驗(yàn)步驟

1）把兩個(gè)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的橫桿移動(dòng)到0位并調(diào)節(jié)兩桿處于平衡狀態(tài)。

2）把配重100kg放到2號(hào)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的吊桿上，1號(hào)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的吊桿無(wú)配重

3）從上位機(jī)設(shè)置參數(shù)，令2臺(tái)電機(jī)按0．09m／s的速度從0mm走到1500mm，然后再?gòu)?500mm回到0mm。從上升和下降角度來(lái)分辨電機(jī)是否實(shí)現(xiàn)同步。

4）利用PLC－200監(jiān)控軟件以800ms的采樣頻率監(jiān)控編碼器數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為毫米數(shù)后記錄于表格上。

5）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，并把表格數(shù)據(jù)繪制成圖，觀察是否達(dá)到同步效果。

2．3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

控制系統(tǒng)成功控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)同步，達(dá)到了同步精度、定位精度3mm內(nèi)的要求。電機(jī)同步下降的同步精度比電機(jī)同步上升的同步精度要高，初步分析是因?yàn)殡姍C(jī)速度在上升時(shí)受重力，摩擦力影響較大導(dǎo)致的，在后續(xù)的研究中會(huì)對(duì)此加以改進(jìn)。

作者：林松潤(rùn) 李軍 林嘉義 單位：廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院