直流無刷伺服電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計

作者：時間：2012-01-02 來源：網(wǎng)絡(luò)

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本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/161222.htm

應用

加氫反應器超聲檢測成像系統(tǒng)是一套適用于現(xiàn)場檢測的加氫反應器堆焊層剝離超聲檢測成像系統(tǒng)，實現(xiàn)加氫反應器堆焊層層間剝離的在役半自動超聲掃查，檢測數(shù)據(jù)的自動存儲、分析與評判，同時該系統(tǒng)對不同直徑的加氫反應器有一定的適用性。

加氫反應器剝離成像系統(tǒng)的控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個二維的運動控制平臺，從系統(tǒng)要求的性能指標來看，控制系統(tǒng)需要滿足如下指標：

·水平掃查速度可達6mm/s無級可調(diào)；垂直掃查速度達300mm/s無級可調(diào)；

·能夠?qū)崿F(xiàn)粗掃查和精密掃查，對指定的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)精密掃查；

·系統(tǒng)的控制方式分為手動/自動，兩者之間可以切換；

·X軸（水平）和Y軸（垂直）2個方向上的運動誤差≤±1mm。

系統(tǒng)硬件設(shè)計

由此選擇了上述設(shè)計的運動 控制系統(tǒng)，具有體積小，性能高，控制簡單，價格低，但是每個只能控制一個電機。若要兩臺電機協(xié)同控制，則須通過RS485總線將其連接起來?？刂葡到y(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。X向電機用來控制絲杠的運動：選用EC-max32，無刷70W+減速器為行星輪減速箱（速比為23，型號為GP 32C）+碼盤（三通道500線）。Y方向電機用來控制探頭的運動，采用RE-32，有刷80W+減速器為行星輪減速箱，型號為GP42C（速比為33）+碼盤（三通道500線）。圖5示出硬件連接圖。

系統(tǒng)軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)的軟件是基于Vc++和MotionChip的動態(tài)鏈接庫設(shè)計的，軟件主要完成對探頭位置的運動控制，如圖6。

用戶操作界面功能有：

·參數(shù)設(shè)置與顯示模塊主要是設(shè)置一些系統(tǒng)參數(shù)（如掃查長度，探測寬度）和控制參數(shù)（如速度參數(shù)、加速度參數(shù)等）；

·任何時刻，控制程序都時刻監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀況，隨時對系統(tǒng)故障做出相應的處理。

軟件部分包括X向運動和Y向的掃查運動，數(shù)據(jù)存儲及處理，手動控制，故障處理，運動狀態(tài)顯示及故障顯示等。操作界面（GUI）給予清晰、簡單的用戶界面，方便用戶調(diào)試、運行，同時能夠?qū)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/伺服">伺服驅(qū)動器傳遞過來的信息顯示出來，便于監(jiān)控。任務(wù)編程模塊將要實現(xiàn)控制任務(wù)的規(guī)劃，如X軸向和Y軸向運動等，包括故障查詢、處理。

運行效果

智能伺服驅(qū)動器性能的好壞直接決定整個系統(tǒng)設(shè)計的成敗，為此用一直流電機對驅(qū)動器進行測試，電機的電流和位置誤差如圖7（a）、（b）所示，從圖7中可以看出，驅(qū)動器的響應時間只有0.12s，位置誤差很小。通過對通訊速度及上位機控制命令的測試顯示，在實時性要求不是非常嚴格的情況下，以RS232串口或者485串口的通訊速率是完全可以滿足系統(tǒng)需求的。

結(jié)語

本文基于一類新穎的專用伺服控制芯片Motionchip，進行了伺服控制器設(shè)計和實踐研究，并設(shè)計了一個功能較為完善的直流無刷伺服驅(qū)動器的原型。將該控制器運用到加氫反應器超聲檢測成像系統(tǒng)中對二維的運動進行控制，保證了整個系統(tǒng)取得良好的性能。Motionchip這種多功能專用的運動控制芯片不僅簡化了整個系統(tǒng)的設(shè)計過程，而且具有很好的開放性和網(wǎng)絡(luò)性，對中小型項目是非常理想的設(shè)計方案。