基于PCC伺服系統(tǒng)的PID控制研究論文

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1、 54 摘 要 交流伺服控制技術(shù)在當(dāng)今科技領(lǐng)域已日臻成熟，被廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方面。其中對(duì)伺服電機(jī)的研究已成為現(xiàn)代伺服控制系統(tǒng)發(fā)展的新方向。另外，計(jì)算機(jī)和伺服控制系統(tǒng)相結(jié)合也是近代交流伺服控制的一個(gè)重要研究方向。本文主要是對(duì)伺服電機(jī)速度控制進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，并針對(duì)伺服電機(jī)速度控制，利用可編程控制器（PCC）來完成伺服電機(jī)的PID控制，主要從系統(tǒng)組成、軟件配置、軟件編程等幾方面對(duì)伺服電機(jī)速度控制器的開發(fā)進(jìn)行研究。 關(guān)鍵詞：伺服驅(qū)動(dòng)，PID控制，可編程控制器

2、（PCC），伺服控制器（ACOPOS） ABSTRACT AC servo control technology in today's scientific filed has matured. It has been widely used in industry, agriculture and other aspects of production and daily life. Among this, the research on servo motor has become a modern servo control system of the new direction o

3、f development. In addition, the combination of computer and servo control system is an important research direction of modern AC servo control system. This paper is a research on angle control of servo motor and to use a programmable computer controller (PCC) to complete the research on angle contro

4、l according to controlling motor angle. This paper mainly consists of system structure, software configuration, software programming and other aspects of the servo motor control to have a research on designing a system of angle control of motor. Key words: servo drive, PID control, programmable co

5、mputer controller (PCC), servo controller (ACOPOS) 目 錄 1 緒論 1 2.PCC與ACOPOS簡(jiǎn)介 4 2.1 可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）[3, 4, 6] 4 2.2 伺服控制器（ACOPOS） 5 2.3理論上確定控制器參數(shù) 7 3.主要硬件 10 3.1 系統(tǒng)組成 10 3.2 系統(tǒng)連接 11 4.軟件配置 13 4.1 硬件分配 13 4.2 軟件配置 16 5.程序設(shè)計(jì) 23 5.1 PLCopen與ACP10_MC 23 5.2 ACP10_MC功能函數(shù)介紹 23 5.3 程序設(shè)計(jì) 24

6、 6.NC Test 31 6.1 NC 基本運(yùn)動(dòng) 33 6.2 速度控制 34 6.3 PID自整定 38 7.結(jié)論 41 參考文獻(xiàn) 42 附錄 43 致 謝 55 1 緒論 近年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，造成人們對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的性能要求不斷提升，傳統(tǒng)的生產(chǎn)控制系統(tǒng)已無法滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需要，開始嘗試開發(fā)其他新型的伺服控制系統(tǒng)。目前現(xiàn)有的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)主要是由PLC控制， PLC伺服電機(jī)控制系統(tǒng)主要是由硬件構(gòu)成，硬件接線多而復(fù)雜，容易出錯(cuò)，所以有了很大的限制。雖然PCC從誕生至今，只有30多年的歷史，但已成為當(dāng)今增長(zhǎng)速度最快的工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備，它由PLC發(fā)

7、展而來，但在硬件和軟件上與PLC相比都有很大優(yōu)勢(shì)，所以基于PCC的伺服電機(jī)速度控制器的開發(fā)是對(duì)伺服控制系統(tǒng)的一次新穎的嘗試與改良[1]。 1.1 伺服系統(tǒng)及其發(fā)展概況[1, 5,19] 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（Servo System）簡(jiǎn)稱伺服系統(tǒng)，是一種以機(jī)械位置或速度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它有交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中應(yīng)用較廣，通常是通過電機(jī)上的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出速度和位置信號(hào)，將該信號(hào)送到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行一系列處理后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使其速度和位置快速跟蹤設(shè)定值，為了達(dá)到快速和高精度，因而出現(xiàn)了一系列的控制方法和策略（包括PID），為了驗(yàn)證策略的正確性，又出現(xiàn)了許多仿真，這就是所謂的軟件

8、處理。硬件上也作了大量的改進(jìn)。 從70年代后期到80年代初期，隨著微處理器技術(shù)、大功率高性能半導(dǎo)體功率器件技術(shù)和電機(jī)永磁材料制造工藝的發(fā)展及其性能價(jià)格比的日益提高，交流伺服技術(shù)——交流伺服電機(jī)和交流伺服控制系統(tǒng)逐漸成為主導(dǎo)產(chǎn)品。交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)技術(shù)之一，并將逐漸取代直流伺服系統(tǒng)。而其中永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于完全成熟，具備了十分優(yōu)良的低速性能，并可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應(yīng)了高性能伺服驅(qū)動(dòng)的要求。并且隨著永磁材料性能的大幅度提高和價(jià)格的降低，其在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用將越來越廣泛，目前已成為交流伺服系統(tǒng)的主流。 我國(guó)從1

9、970年代開始跟蹤開發(fā)交流伺服技術(shù)，80年代之后開始進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域，直到2000年，國(guó)產(chǎn)伺服停留在小批量、高價(jià)格、應(yīng)用面狹窄的狀態(tài)，技術(shù)水平和可靠性難以滿足工業(yè)需要。2000年之后，隨著中國(guó)變成世界工廠、制造業(yè)的快速發(fā)展為交流伺服提供了越來越大的市場(chǎng)空間，國(guó)內(nèi)幾家單位開始推出自己品牌的交流伺服產(chǎn)品，比如貝加萊(B&R)工業(yè)自動(dòng)化公司推出的AcoposMulti驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、艾默生控制技術(shù)(Emerson Control Techniques)公司展出了Unidrive及其他交、直流驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品、Rockwell Automation公司的PowerFlex驅(qū)動(dòng)技術(shù)、施奈德電氣(Schneider El

10、ectric) 的Lexium 05型伺服控制器、包米勒(Baumuller)公司的帶集成行星齒輪傳動(dòng)系的高性能伺服電機(jī)、安川電機(jī)歐洲公司(Yaskawa Electric Europe，YEE) 的通用Sigma II型伺服電機(jī)等。而國(guó)際廠商伺服產(chǎn)品每5年就會(huì)換代，新的功率器件或模塊每2～2.5年就會(huì)更新一次，新的軟件算法則日新月異，總之產(chǎn)品生命周期越來越短?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外伺服廠家的技術(shù)路線和產(chǎn)品路線，結(jié)合市場(chǎng)需求的變化，可以看到以下一些最新發(fā)展趨勢(shì)。 (1) 交流化 伺服技術(shù)將繼續(xù)迅速地由直流伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)向交流伺服系統(tǒng)。從目前國(guó)際市場(chǎng)的情況看，幾乎所有的新產(chǎn)品都是交流伺服系統(tǒng)。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家

11、，交流伺服電機(jī)的市場(chǎng)占有率已經(jīng)超過80%。在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)交流伺服電機(jī)的廠家也越來越多，正在逐步地超過生產(chǎn)直流伺服電機(jī)的廠家?？梢灶A(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來，除了在某些微型電機(jī)領(lǐng)域之外，交流伺服電機(jī)將完全取代直流伺服電機(jī)。 (2) 全數(shù)字化 采用新型可編程控制器可以代替以模擬電子器件為主的伺服控制單元，從而實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化的伺服系統(tǒng)。全數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，將原有的硬件伺服控制變成了軟件伺服控制，從而使在伺服系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)代控制理論的先進(jìn)算法(如:最優(yōu)控制、人工智能、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等)成為可能。 (3) 智能化 現(xiàn)代交流伺服驅(qū)動(dòng)器都具備參數(shù)記憶、故障自診斷和分析功能，絕大多數(shù)進(jìn)口驅(qū)動(dòng)器都具備負(fù)載慣量測(cè)定和

12、自動(dòng)增益調(diào)整功能，有的可以自動(dòng)辨識(shí)電機(jī)的參數(shù)，自動(dòng)測(cè)定編碼器零位，有些則能自動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)抑止。將電子齒輪、電子凸輪、同步跟蹤、插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)等控制功能和驅(qū)動(dòng)結(jié)合在一起，對(duì)于伺服用戶來說，則提供了更好的體驗(yàn)。 (4) 網(wǎng)絡(luò)化和模塊化 隨著機(jī)器安全標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的故障診斷和保護(hù)技術(shù)（問題發(fā)生的時(shí)候判斷原因并采取措施避免故障擴(kuò)大化）已經(jīng)落伍，最新的產(chǎn)品嵌入了預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)，使得人們可以通過Internet及時(shí)了解重要技術(shù)參數(shù)的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，并采取預(yù)防性措施。比如：關(guān)注電流的升高，負(fù)載變化時(shí)評(píng)估尖峰電流，外殼或鐵芯溫度升高時(shí)監(jiān)視溫度傳感器，以及對(duì)電流波形發(fā)生的任何畸變保持警惕。 (5) 小型化和大型化

13、 無論是永磁無刷伺服電機(jī)還是步進(jìn)電機(jī)都積極向更小的尺寸發(fā)展，比如20，28，35mm外徑；同時(shí)也在發(fā)展更大功率和尺寸的機(jī)種，已經(jīng)看到500kW永磁伺服電機(jī)的出現(xiàn)，體現(xiàn)了向兩極化發(fā)展的傾向。 1.2 選題背景及意義 可編程計(jì)算機(jī)控制器(Programmable Computer Controller，簡(jiǎn)稱PCC)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)為一體的新型工業(yè)控制裝置，它是通過模擬量來完成控制要求的，這樣就省去了接線的繁瑣，硬件上首先取得了很大的優(yōu)勢(shì)。隨著3C技術(shù)(計(jì)算機(jī)、通訊、控制)的發(fā)展，新一代的PCC已能勝任集散控制和復(fù)雜的過程控制，其良好的兼容性、豐富的功能函數(shù)、品種多樣的硬

14、件模塊、高級(jí)編程語言的使用，使PCC能適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要[1]。 于是在此背景下，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室的三期改造，改造后的實(shí)驗(yàn)室添加了控制對(duì)象，過去的研究?jī)H僅是在軟件平臺(tái)上完成，所得結(jié)果是模擬的，有時(shí)并不準(zhǔn)確，增加了控制對(duì)象后，現(xiàn)象和結(jié)果就能清楚的顯示在控制對(duì)象上，便于調(diào)試和測(cè)量，這給此次課題的研究打下了基礎(chǔ)。 本文采用貝加萊公司設(shè)計(jì)的可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）和伺服控制器（ACOPOS）作為系統(tǒng)主要構(gòu)件，通過對(duì)它們的研究與應(yīng)用對(duì)電機(jī)偏轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制。 2.PCC與ACOPOS簡(jiǎn)介 2.1 可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）[3, 4, 6] 可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC是專為在工業(yè)

15、環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算數(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊逃?jì)算機(jī)控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)正題，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)，是特別適合于工業(yè)環(huán)境的。 與現(xiàn)有的PLC控制的伺服系統(tǒng)相比，在硬件結(jié)構(gòu)方面，PCC的特點(diǎn)是很顯著的。在其核心的運(yùn)算模塊內(nèi)部，PCC為其CPU配備了數(shù)倍于常規(guī)?PLC的大容量存儲(chǔ)單元（100K-16M），這無疑為強(qiáng)大的系統(tǒng)和應(yīng)用軟件提供了監(jiān)視的硬件基礎(chǔ)。而在硬件外部，它有著全模塊式的插裝結(jié)構(gòu)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，不僅可以方便地帶電插拔

16、，而且在接線端子，模塊供電及工作狀態(tài)顯示等諸多方面均有著精巧的設(shè)計(jì)。 PCC在硬件上的特點(diǎn)，還體現(xiàn)在它為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)設(shè)計(jì)了許多專用的接口模塊，如溫度，高頻脈沖，增量脈沖編碼器，稱重信號(hào)及超聲波信號(hào)接口模塊等。它們將各種形式的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)十分方便的連入以PCC為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)中，用戶可按需要對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件I/O通道以單路，十余路或數(shù)十路為單位模塊，進(jìn)行數(shù)十點(diǎn)至數(shù)百點(diǎn)、上千點(diǎn)的擴(kuò)展與聯(lián)網(wǎng)。 與常規(guī)PLC相比較，PCC最大的特點(diǎn)在于分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)和多樣化的應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)，常規(guī)的PLC大多采用單任務(wù)的時(shí)鐘掃描或監(jiān)控程序，來處理程序本身的邏輯運(yùn)算指令和外部的I/O通道的狀態(tài)采集與刷新，這

17、樣PLC的執(zhí)行速度取決于應(yīng)用程序的大小，這一結(jié)果，無疑是同I/O通道中高實(shí)時(shí)性的控制要求相違背的。PCC的系統(tǒng)軟件解決了這一問題，它采用分時(shí)多任務(wù)機(jī)制構(gòu)筑其應(yīng)用軟件的運(yùn)行平臺(tái)，這樣應(yīng)用程序的運(yùn)行周期則與程序長(zhǎng)短無關(guān)，而是由操作系統(tǒng)的循環(huán)周期決定，由此，它將應(yīng)用程序的掃描周期同真正外部的控制周期區(qū)別開來，滿足了真正實(shí)時(shí)控制的要求，當(dāng)然，這種控制周期可以在CPU運(yùn)算能力允許的前提下，按照用戶的實(shí)際要求，任意調(diào)整。 基于這樣的操作系統(tǒng)，PCC的應(yīng)用程序由多任務(wù)模塊構(gòu)成，這樣給項(xiàng)目應(yīng)用軟件的開發(fā)帶來了了很大的便利，因?yàn)檫@樣可以方便地按控制項(xiàng)目中各部分不同的功能要求，如數(shù)據(jù)采集，報(bào)警，PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，

18、通信控制等，分別編制出控制程序模塊（任務(wù)），這些模塊既相互獨(dú)立運(yùn)行，而數(shù)據(jù)間又保持一定的相互關(guān)聯(lián)，這些模塊經(jīng)過分步驟的獨(dú)立編制和調(diào)試完成之后，可一同下載至PCC的CPU中，在多任務(wù)操作系統(tǒng)的調(diào)度管理下，并行運(yùn)行，共同實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的控制要求。 基于上述功能強(qiáng)大的特殊的操作系統(tǒng)，PCC在應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)上，有著常規(guī)PLC無法比擬的靈活性。 由于PCC是基于多任務(wù)環(huán)境下設(shè)計(jì)程序，采用大型應(yīng)用軟件的模塊化設(shè)計(jì)思想，各個(gè)任務(wù)模塊的功能描述更趨清晰簡(jiǎn)潔，用戶在開發(fā)自己的任務(wù)時(shí)，由于對(duì)其功能的提取具有通用性，因而作為一個(gè)獨(dú)立的功能模塊，用戶可十分方便地將其封裝起來，以便于日后在其他應(yīng)用項(xiàng)目重新使用。 PCC

19、的編程硬件采用普通PC機(jī)配以一套功能強(qiáng)勁的開發(fā)軟件作為在線開發(fā)工具，這種方式，不僅節(jié)省了用戶的硬件投資，更重要的是，它發(fā)揮了PC機(jī)作為在線編程開發(fā)工具的強(qiáng)大的軟硬件優(yōu)勢(shì)，它為用戶提供了源程序級(jí)的單步、斷點(diǎn)、單周期及PCC在線錯(cuò)誤自診斷等多種形式的調(diào)試手段，使應(yīng)用程序的開發(fā)十分靈活便捷。另外，通過PC機(jī)上編程軟件包所提供的為數(shù)眾多的函數(shù)，用戶可短時(shí)間內(nèi)編制出高效而復(fù)雜的控制程序來。 PCC在編制不同的單個(gè)任務(wù)模塊時(shí)，具有靈活選用不同編程語言的特點(diǎn)，這就意味著不僅在常規(guī)?PLC上指令表語言可在PCC上繼續(xù)沿用，而且用戶還可采用更為高效直觀的高級(jí)語言（PL2000）。它是一套完全面向控制的文本語言

20、，熟悉BASIC的技術(shù)人員會(huì)對(duì)它的語法有種似曾相識(shí)的感覺，它對(duì)于控制要求的描述非常簡(jiǎn)便、直觀。除此之外，PCC的應(yīng)用軟件開發(fā)還具有集成“C”語言程序的能力。 尤為與眾不同的是，所有這些編程語言，PCC都采用“符合變量”來標(biāo)識(shí)外部I/O通道及內(nèi)部寄存器單元，軟件開發(fā)人員毋需熟知?PCC內(nèi)部的硬件資源的分布，而只須集中精力于項(xiàng)目本身的要求，即可迅速編制出自己的控制程序來。 PCC在遠(yuǎn)程通信方面的靈活性，是區(qū)別于常規(guī)PLC的一大顯著標(biāo)志，作為未來構(gòu)成分布式現(xiàn)場(chǎng)I/O控制的主要角色之一，PCC為此提供了十分靈活多樣的解決方案。 除上述開放式現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)方案之外，PCC還提供了RS485總線上多

21、種局部主從網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用戶不僅可以采用PCC自身的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，也可以方便的與其他廠家的PLC等工控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)通信（如西門子，AB等），在一些特殊情況下，PCC還為用戶提供了創(chuàng)建自定義協(xié)議的工具（幀驅(qū)動(dòng)器），由于具備這樣的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，PCC常常能解決許多常規(guī)PLC所望塵莫及的通信難題，輕松實(shí)現(xiàn)與各種不同產(chǎn)品，不同通信協(xié)議的互聯(lián)。 總之，PCC雖然從PLC發(fā)展而來，但擁有其不可比擬的優(yōu)勢(shì)。更加強(qiáng)大的內(nèi)存空間、更靈活的編制手段、更優(yōu)越的控制方式，使PCC有許多普通PLC難以完成功能，如精確到±1℃溫度調(diào)節(jié)；準(zhǔn)確的伺服控制；遠(yuǎn)程通信功能等。并且PCC還能隨著當(dāng)前的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，不斷更新?lián)Q代，有著更

22、好的升級(jí)能力，所以PCC正廣泛地在工業(yè)控制中使用。 2.2 伺服控制器（ACOPOS） 伺服驅(qū)動(dòng)的目的是使用電機(jī)和各種機(jī)械機(jī)構(gòu)盡量精確與快速的到達(dá)某一位置。首先它需要一個(gè)控制器，通過控制器設(shè)定電機(jī)的位值，而在之前控制器需要獲得電機(jī)當(dāng)前的位值，這個(gè)信息可用編碼器來實(shí)現(xiàn).編碼器是一種測(cè)量元件,它可以通過反饋將電機(jī)的精確位置傳給控制器。當(dāng)設(shè)定位置與實(shí)際位置不相符時(shí),將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)滯后偏差或位置偏移，此時(shí)由伺服驅(qū)動(dòng)輸出一個(gè)可控變量來補(bǔ)償偏差。 2.2.1 ACOPOS的特點(diǎn)[9,15] ACOPOS伺服控制器是B&R公司完美自動(dòng)化解決方案中的一個(gè)重要組成部分，屬于高性能的伺服驅(qū)動(dòng)控制器，它主要是

23、用于點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)控制、電子齒輪、電子補(bǔ)償?shù)取COPOS伺服驅(qū)動(dòng)時(shí)會(huì)用到電機(jī)嵌入式參數(shù)芯片上的信息，這些信息包括相關(guān)的機(jī)電一體化數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)設(shè)置芯片，避免大量人工設(shè)置會(huì)產(chǎn)生的錯(cuò)誤。 它的特點(diǎn)在于： （1） 模塊化，精確性和超強(qiáng)的通信能力 必要的I/O點(diǎn)數(shù)是ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備中的一部分，用于操作一個(gè)伺服軸。在執(zhí)行高精度測(cè)量的任務(wù)時(shí)，提供2個(gè)觸發(fā)式輸入進(jìn)一步配置。ACOPOS的插入式模塊用于連接網(wǎng)絡(luò)中其他的驅(qū)動(dòng)器，控制器和顯示設(shè)備，也可以連接編碼器，傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 （2） 配置取代編程 ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)通過配置能夠完成高要求的定位任務(wù)，具有緊湊型功能模塊，適用于廣

24、泛的應(yīng)用，針對(duì)具體行業(yè)的功能可以在項(xiàng)目程序中快速簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)。 （3） PLCopen運(yùn)動(dòng)控制功能模塊 ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器中有一個(gè)PLC open運(yùn)動(dòng)控制模塊，它縮短了開發(fā)周期，提供用戶豐富的編程語言:如梯形圖(LD)，高級(jí)程序語言“C”等。 功能模塊按不同的功能可劃分為單軸運(yùn)動(dòng)和多軸運(yùn)動(dòng)區(qū)域。兩種區(qū)域除了包括相對(duì)和決定運(yùn)動(dòng)之外，還包括重疊運(yùn)動(dòng)。在多軸運(yùn)動(dòng)區(qū)域，有凸輪，電子凸輪，上/下同步和差分凸輪（變化的相角）等功能。 （4） 控制觸發(fā)器 控制器中的示波器能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有的運(yùn)動(dòng)，很多可能的觸發(fā)條件都能提供所要分析的數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)調(diào)節(jié)以及運(yùn)動(dòng)優(yōu)化，相當(dāng)簡(jiǎn)便。速度、加速、振動(dòng)的結(jié)果

25、和影響也都能夠很快通過圖形分析出來。 （5） 簡(jiǎn)單快速的調(diào)試 ACOPOS伺服控制器是由一個(gè)工具Automation Studio統(tǒng)一編程的，可通過對(duì)話框添加硬件組件、應(yīng)用程序并且完成配置，從而縮短了項(xiàng)目的開發(fā)周期。內(nèi)置NC測(cè)試不用寫一行程序代碼就可以檢測(cè)一個(gè)軸，而所有類型的運(yùn)動(dòng)，從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)到齒輪都可以交互實(shí)現(xiàn)。監(jiān)視器窗口顯示軸反作用力，跟蹤功能記錄相關(guān)的驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)有助于評(píng)估。 2.2.2 ACOPOS控制原理 級(jí)聯(lián)控制器概念是ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)的核心，位置控制器，速度控制器，電流控制器是級(jí)聯(lián)的，按照設(shè)定值啟動(dòng)，因此，高標(biāo)準(zhǔn)控制器的操作變量變成了低層次控制器的設(shè)置量，通過設(shè)定值發(fā)生器，

26、可將設(shè)置量提供給位置控制器。在給出執(zhí)行一個(gè)基本運(yùn)動(dòng)的命令后，這個(gè)設(shè)定值發(fā)生器將會(huì)創(chuàng)建一個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡，這個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡的路徑主要取決于基本運(yùn)動(dòng)參數(shù)（目標(biāo)位置，加速度等）。 （1） 前饋位置控制器 設(shè)定位置產(chǎn)生器將會(huì)產(chǎn)生位置控制器的設(shè)置量，ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)將通過電機(jī)的編碼器系統(tǒng)和一個(gè)相應(yīng)的編碼器接口卡接收控制變量（當(dāng)前的電機(jī)位置）。從這些變量中，可以決定控制的偏移量。它將會(huì)為下一層的速度控制器產(chǎn)生一個(gè)新的操作變量。位置控制器是作為比例積分控制器執(zhí)行的，它帶有抗飽和（操作變量限制）和預(yù)測(cè)前饋（輸入控制），當(dāng)設(shè)定值與實(shí)際值有偏差時(shí)，帶有的比例部分將會(huì)立即產(chǎn)生變化，設(shè)定值的變化或是擾動(dòng)的影響都將產(chǎn)生這

27、些形式的偏移，帶有積分時(shí)間常數(shù)的積分部分將會(huì)補(bǔ)償靜差。 （2） 速度控制器 速度控制器的功能是決定高層次位置控制器的操作變量與測(cè)量轉(zhuǎn)速的差別，低層次電流控制器的操作變量是通過抗飽和的PI控制器產(chǎn)生的。帶有系數(shù)的比例部分將會(huì)對(duì)控制器的任何偏差立即產(chǎn)生作用，這就決定了這個(gè)元素對(duì)速度控制器的動(dòng)態(tài)能力起著決定性的作用。帶有積分動(dòng)作時(shí)間的積分元素用來補(bǔ)償靜態(tài)的擾動(dòng)變量。 速度控制器中還包含一個(gè)速度濾波器，是一個(gè)低通濾波器，用這個(gè)低通濾波器，可以將速度信號(hào)的高頻干擾去掉，保證獲得更高的控制器質(zhì)量。 （3） 電流控制器 電流控制器是由PI控制器組成的（像位置和速度控制器一樣）。通過使用電機(jī)參數(shù)與具

28、體的ACOPOS參數(shù)，伺服驅(qū)動(dòng)將會(huì)自動(dòng)決定相應(yīng)的參數(shù)。電流控制器使用它的操作變量來控制IGBT。然后，這些管子將會(huì)發(fā)送調(diào)制的PWM脈沖給電機(jī)。電流控制器將會(huì)在不同的循環(huán)周期內(nèi)工作，這取決于PWM的開關(guān)頻率。 2.3理論上確定控制器參數(shù) 通過對(duì)ACOPOS伺服控制器的結(jié)構(gòu)了解后，可以從理論上來計(jì)算控制參數(shù) 2.3.1速度控制器 用下式來代替電流控制環(huán)的時(shí)間常數(shù): （3-1） 將所有時(shí)間常數(shù)的綜合來代替: （3-2） （編碼器接口死區(qū)時(shí)間，速度的確定與掃描） (參數(shù))=速度濾波器的濾

29、波時(shí)間常數(shù) 速度控制器的比例增益： （3-3） =總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Jmotor+Jbrake+Jload) =正在使用的電機(jī)的轉(zhuǎn)距常數(shù)[Nm/A] 速度控制器的積分動(dòng)作常數(shù)： （3-4） 2.3.2 位置控制器 用單個(gè)時(shí)間常數(shù)的總和來代替時(shí)間常數(shù): （3-5） =插補(bǔ)器產(chǎn)生的死區(qū)時(shí)間(0.0001s) =來代替速度控制環(huán)的時(shí)間常數(shù) =由掃描產(chǎn)生的死區(qū)時(shí)間(0.0002s) 位置控制器的比例增益:

30、 （3-6） 位置控制器的積分動(dòng)作常數(shù): （3-7） 2.3.3 理論上確定參數(shù) 本文采用的是ACOPOS 8V1045的8MS電機(jī)，不帶負(fù)載。 其中，，開關(guān)頻率 那么速度控制器： 位置控制器： 為了確定級(jí)聯(lián)控制器的參數(shù)，需要從低層啟動(dòng)，然后逐步上升，以ACOPOS伺服控制器來說，就是先啟動(dòng)底層速度控制器，然后是位置控制器，電流控制器是ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)自動(dòng)配置的，但在實(shí)際操作中，ACOPOS具有自整定功能，在本文中將6.3節(jié)會(huì)描

31、述ACOPOS自整定的過程。 3.主要硬件 3.1 系統(tǒng)組成 本文中的伺服系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)（PC）、可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）、伺服控制器(ACOPOS)和伺服電機(jī)構(gòu)成，整個(gè)系統(tǒng)如圖3-1所示。 圖3-1 伺服系統(tǒng)控制原理圖 (1) PCC2003系列 本次設(shè)計(jì)采用的是PCC2003系列。2003系列是貝加萊(B&R)出品的高性能可編程計(jì)算機(jī)控制器(PCC)，它支持嵌入式PC-Based技術(shù)，同時(shí)具有很強(qiáng)的分析計(jì)算能力，其外圍信號(hào)輸入輸出的巨大帶寬可滿足機(jī)械制造、工廠自動(dòng)化及過程自動(dòng)化的所有要求，配合貝加萊(B&R)的其它產(chǎn)品，如I/O系統(tǒng)，工業(yè)PC及控制器等，可創(chuàng)建滿足

32、高要求的自動(dòng)化方案，依靠先進(jìn)的接口、現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)及外圍設(shè)備，可完成最佳的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。PCC的硬件結(jié)構(gòu)都為模塊，此次畢設(shè)需要用到以下兩個(gè)模塊： l CPU模塊 CPU模塊最新的2003系列基于Intel兼容處理器，具備最先進(jìn)的構(gòu)架，創(chuàng)造性的PC技術(shù)如Compact Flash存貯，以太網(wǎng)連接以及aPCI擴(kuò)展插槽等的使用使得高性能產(chǎn)品在自動(dòng)化領(lǐng)域也得以應(yīng)用，歷經(jīng)考驗(yàn)的Mo-rola處理器CPU起了優(yōu)化性能的作用，編程采用全兼容、格式統(tǒng)一的B&R Automation Studio。本課題中采用的CPU模塊為CP360.60.1，對(duì)于短循環(huán)時(shí)間、必須處理大量數(shù)據(jù)以及帶負(fù)電操作的項(xiàng)目來說，

33、CP360是最好的選擇，它附帶I/O處理器的高性能Pentium CPU，最短循環(huán)時(shí)間為400μs，帶有一個(gè)RS232接口、集成Ethernet 10/1000Mbps以及USB接口，可更換應(yīng)該用內(nèi)存，它擁有32MB的DRAM和496KB的SRAM，并帶有一個(gè)插槽供插入aPCI接口模塊。 l aPCI 接口模塊 aPCI接口模塊屬于通信模塊，帶1個(gè)Ethernet POWERLINK接口和一個(gè)CANbus接口，帶電隔離，本次畢設(shè)中的通信模塊為IF787。 (2) ACOPOS 8V1045 ACOPOS控制器運(yùn)行時(shí)掃描時(shí)間非常短且通信循環(huán)周期僅400μs，控制循環(huán)50μs，因而在各種功

34、能的轉(zhuǎn)換時(shí)速度就很快。另外，根據(jù)IEC 60204-1標(biāo)準(zhǔn)，為了在斷電時(shí)按1類規(guī)定提供停機(jī)功能，伺服驅(qū)動(dòng)的24 VDC電源、編碼器、傳感器及安全電路必須在整個(gè)停機(jī)過程中都處于運(yùn)行狀態(tài)中。ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)自動(dòng)識(shí)別斷電，并馬上制動(dòng)電機(jī)，制動(dòng)時(shí)制動(dòng)能量返回至DC總線，DC總線電源可以以此產(chǎn)生24 VDC電源電壓。此次畢設(shè)選用的為ACOPOS 8V1045.00-2伺服控制器，選用附件為8AC112.60-1和8AC122.60-2，它們都屬于ACOPOS的插入模塊，8AC112.60-1模塊帶有Ethernet POWERLINK接口，8AC122.60-2模塊帶有一個(gè)旋變器，可以擴(kuò)展連接電機(jī)等

35、。此次采用的ACOPOS V1045已經(jīng)集成一個(gè)DC總線電源，已集成DC總線電源的ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為伺服驅(qū)動(dòng)提供24 VDC電源，并輸出24 VDC為編碼器、傳感器和安全電路供電。如果沒有集成DC總線電源，就要使用不間斷電源，而現(xiàn)在，在通常情況下就不需要不間斷電源。 (3) 三相同步電機(jī)8MS 貝加萊的8MS三相同步電機(jī)能夠滿足于高性能應(yīng)用需求的場(chǎng)合，無需復(fù)位過程或者另外測(cè)量系統(tǒng)便可運(yùn)作，本文配置旋變器以適用于低速度的情況。 8MS三相同步電機(jī)具有嵌入式參數(shù)芯片，所有相關(guān)的機(jī)械和電子數(shù)據(jù)以及信息都存儲(chǔ)于編碼器中，因此在伺服驅(qū)動(dòng)上無需做任何配置，當(dāng)編碼器和伺服電機(jī)相連時(shí)，電子裝置上

36、電，電機(jī)自動(dòng)被識(shí)別。電機(jī)將額定參數(shù)和極限參數(shù)傳送至伺服驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)自動(dòng)選擇能夠?qū)崿F(xiàn)最佳控制電機(jī)所要用到的當(dāng)前極限值和當(dāng)前控制參數(shù)。8MS還具有統(tǒng)一的連接技術(shù)，預(yù)接線電纜和嵌入式參數(shù)芯片實(shí)現(xiàn)功率傳輸系統(tǒng)的即插即用，接頭處可以旋轉(zhuǎn)，為接線提供了最大的靈活性。 本次畢設(shè)采用的為8MSA4M.R0.30，A為冷卻型，M表示中號(hào)額定扭矩。 3.2 系統(tǒng)連接 計(jì)算機(jī)（PC）和可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）的連接通過RS232。 ACOPOS 8V1045伺服控制器接頭X1的引腳分配如表3-1所示，為18引腳結(jié)構(gòu)，9引腳為Enable，外接+24V電源;10引腳為Enable0V，外接地0V；

37、14，15引腳都外接+24V電源；16，17，18引腳外接地0V；實(shí)際連接中，9引腳連接15引腳再外接+24V電源；10引腳連接16引腳再外接地，如圖3-2所示。 圖3-2 伺服系統(tǒng)接線圖 可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）和伺服驅(qū)動(dòng)器(ACOPOS)的連接通過CAN。 伺服驅(qū)動(dòng)器(ACOPOS)與伺服電機(jī)的連接則是通過一般硬線。 4.軟件配置 在ACOPOS上有許多參數(shù)可以控制驅(qū)動(dòng)，這些參數(shù)由ACOPOS內(nèi)部的NC操作系統(tǒng)管理的，NC管理器用來建立用戶和伺服驅(qū)動(dòng)上NC操作系統(tǒng)的連接，每個(gè)NC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來配置和操作每個(gè)驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目，運(yùn)用NC管理器時(shí)，使用簡(jiǎn)單的函數(shù)就可對(duì)伺服傳送

38、命令，而要實(shí)現(xiàn)這一功能，需要對(duì)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行配置，包括硬件分配、初始化參數(shù)配置、ACOPOS參數(shù)配置、NC配置以及添加錯(cuò)誤文本表。 4.1 硬件分配 用PCC驅(qū)動(dòng)伺服控制器之前需要在與PCC相連的Automation Studio軟件中配置硬件，首先新建一個(gè)項(xiàng)目，如圖4-1所示。 圖4-1 新建項(xiàng)目窗口 輸入項(xiàng)目名稱，選擇保存路徑，最后選擇upload hardware from target，這樣就可以直接將實(shí)際硬件上傳上來，上傳成功后，出現(xiàn)項(xiàng)目概要窗口。 圖4-2 項(xiàng)目概要窗口 點(diǎn)擊finish，項(xiàng)目添加成功，出現(xiàn)project界面，如圖4-3所示。 圖4-3 項(xiàng)目新建

39、成功界面 在IF787.9窗口下，選擇POWERLINK屬性，將其循環(huán)時(shí)間改為400微妙，這樣設(shè)置是由于POWERLINK默認(rèn)的循環(huán)時(shí)間為2000微妙，但在實(shí)際運(yùn)用中并不需要這么長(zhǎng)的掃描時(shí)間，將其值修改的小一點(diǎn)，避免浪費(fèi)時(shí)間。修改完成后，開始添加硬件，首先添加ACOPOS控制器，如圖4-4所示。 圖4-4 添加ACOPOS界面 選擇insert后，出現(xiàn)一個(gè)ACOPOS選型窗口，在此表內(nèi)選擇相應(yīng)的ACOPOS型號(hào)8V1045.00-2，如圖4-5所示。 圖4-5 ACOPOS選型窗口 點(diǎn)擊Next，出現(xiàn)選擇附件模塊8AC112.60-1和8AC122.60-2，選擇好附件，出現(xiàn)

40、選擇drive usage窗口，如圖4-6所示。 圖4-6 drive usage 選擇窗口 選擇Motion Control和use PLCopen，選擇Motion Control 即為單軸運(yùn)行，若是多軸運(yùn)行，則應(yīng)選擇CNC，選擇use PLCopne是為了之后對(duì)電機(jī)速度控制做準(zhǔn)備。添加完ACOPOS控制器，繼續(xù)添加所連電機(jī)，為8MSA4M.R0.30，如圖4-7所示。 圖4-7 硬件電機(jī)選擇窗口 由于在軟件配置中需要配置NC，同樣需要添加ACOPOS和motor，所以必須將硬件樹中的ACOPOS模塊屏蔽掉，以免發(fā)生沖突，如圖4-8所示。 圖4-8 ACOPOS屏蔽圖

41、 4.2 軟件配置 4.2.1 初始化參數(shù)模塊 為了定義基本參數(shù)的固定設(shè)定（初始化設(shè)定或默認(rèn)值），每個(gè)NC對(duì)象類型（指定實(shí)軸，虛軸等）的初始參數(shù)模塊需要添加到項(xiàng)目中，添加advanced object，選擇類型“NC INIT Parameter: Axis”，添加一個(gè)實(shí)軸的初始參數(shù)模塊，如圖4-9所示。初始化參數(shù)模塊包括NC對(duì)象的單獨(dú)分組，這些分組對(duì)應(yīng)ACOPOS上特定的部分，包括“controller”,“digital inputs”等。 圖4-9 添加初始化模塊窗口 在ACOPOS模塊前有一個(gè)連接端子排X1，用來連接數(shù)字量輸入，在初始參數(shù)配置時(shí)，需要分別設(shè)置每個(gè)輸入的“

42、有效等級(jí)”，本文中將其設(shè)置為高電平有效，如圖4-10所示。 圖4-10 dig_in有效級(jí)設(shè)置 另外，ACOPOS伺服控制器在驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，是以u(píng)nits作為單位的，默認(rèn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈為1000units，本文中將其修改為3600units，如圖4-11所示，這是為了方便速度控制時(shí)的輸入與查看。 圖4-11 運(yùn)動(dòng)單位設(shè)置 4.2.2 ACOPOS參數(shù)表 添加ACOPOS參數(shù)表，如圖4-12所示。ACOPOS上的參數(shù)可以直接尋址，ACOPOS伺服電機(jī)有大量的參數(shù)，通過提供參數(shù)來定義配置指定數(shù)據(jù)（電機(jī)特性，編碼器等），同樣定義命令操作（位置等） 圖4-12 添加ACOP

43、OS參數(shù)表 添加成功后，出現(xiàn)一個(gè)空白的參數(shù)表，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇append group，如圖4-13所示。 圖4-13 ACOPOS參數(shù)表 在新的參數(shù)表中添加參數(shù)組，這樣可以結(jié)構(gòu)化大量的參數(shù)列表，預(yù)先定義的參數(shù)組也包括在此，包括： (1) 定義ACOPOS的編碼器接口卡組，如圖4-14所示。 圖4-14 編碼器接口卡選擇窗口 (2) 定義ACOPOS的電機(jī)參數(shù)（特性）組，如圖4-15所示。 圖4-15 電機(jī)參數(shù)表選擇窗口 完成這些配置后，電機(jī)所需要用的所有參數(shù)和插入卡需要的參數(shù)都輸入到參數(shù)表中了。 4.2.3 NC配置 使用NC配置必須要在項(xiàng)目中做三個(gè)更改：

44、 (1) 屏蔽強(qiáng)制NC初始參數(shù)對(duì)象硬件定義的設(shè)定 (2) 在NC deployment table 中重新定義NC對(duì)象和指定硬件 首先添加NC Deployment Table，如圖4-16所示。 圖4-16 添加NC deployment 之后做具體NC配置： (1) NC Object Name NC Object Name 中定義一個(gè)在項(xiàng)目中唯一的對(duì)象名稱，該名稱用來通過NC函數(shù)ncaccess訪問項(xiàng)目程序中的NC軟件對(duì)象，如圖4-17所示，需要注意object name在此項(xiàng)目中名稱若不唯一，則系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生沖突。 。 圖4-17 定義NC Objec

45、t name (2) Network Interface Network Interface中選擇ACOPOS連接的網(wǎng)絡(luò)接口，為POWERLINK，如圖4-18所示。 圖4-18 選擇網(wǎng)絡(luò)接口 (3) Node Number 輸入選擇網(wǎng)絡(luò)中的ACOPOS節(jié)點(diǎn)號(hào)，如圖4-19所示，節(jié)點(diǎn)號(hào)在ACOPOS控制器的硬件上由人工撥。 圖4-19 選擇節(jié)點(diǎn)號(hào) (4) NC Object Type 定義NC對(duì)象的類型，選擇實(shí)軸操作，如圖4-20所示。 圖4-20 選擇實(shí)軸型 通過這些配置即可將硬件部分（網(wǎng)絡(luò)中ACOPOS模塊）指定到相應(yīng)的軟件部分。 4.2.4 NC 錯(cuò)誤

46、文本表 在項(xiàng)目中添加NC Error Text Table，如圖4-21所示。 圖4-21 添加error table Error table中包括了ACOPOS出錯(cuò)時(shí)傳送的錯(cuò)誤號(hào)文本，這個(gè)錯(cuò)誤文本表提供信息處理方法輸出問題信息，如圖4-22所示。 圖4-22 錯(cuò)誤文本表 最后，需要在初始化參數(shù)模塊中，將error table 附加上，方便查詢，如圖4-23所示。 圖4-23 附加錯(cuò)誤文本表 5.程序設(shè)計(jì) 5.1 PLCopen與ACP10_MC 本文對(duì)伺服電機(jī)的速度控制采用的是PLCOPEN運(yùn)動(dòng)控制模塊（PLCOPEN_MC），隨著功能性和接口的標(biāo)準(zhǔn)化及在多個(gè)平

47、臺(tái)上執(zhí)行，PLCOPEN建立了編程標(biāo)準(zhǔn)，并在工業(yè)領(lǐng)域被廣泛支持，由于封裝隱藏了數(shù)據(jù)，此標(biāo)準(zhǔn)可用于不同結(jié)構(gòu)，適用的控制從集中型到分散型或從集成型到網(wǎng)絡(luò)型。它不是為某個(gè)應(yīng)用程序特別設(shè)計(jì)的，而是可以作為在不同領(lǐng)域中正進(jìn)行定義的基礎(chǔ)層。正因?yàn)槿绱?，它?duì)現(xiàn)有和將來的技術(shù)都是開放的。 B&R驅(qū)動(dòng)方案提供PLCOPEN標(biāo)準(zhǔn)位置應(yīng)用，同時(shí)提供特別的B&R特殊功能塊，并與標(biāo)準(zhǔn)相一致，這樣能夠充分的使用整個(gè)ACOPOS的功能，而ACP10_MC功能庫就包含了控制ACOPOS的功能庫，包括標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。 ACP10_MC庫中包括相關(guān)的大量功能庫，這些功能塊用于： (1) 驅(qū)動(dòng)準(zhǔn)備 (2) 基本運(yùn)動(dòng)，包括絕對(duì)位移

48、或者相對(duì)來回運(yùn)動(dòng)等 (3) 測(cè)定驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，讀取位置值，速度值等 (4) 測(cè)定和確認(rèn)驅(qū)動(dòng)錯(cuò)誤 (5) 用于數(shù)字輸入和輸出信號(hào)的查詢和控制功能 (6) 位置測(cè)量 (7) 管理PLCOPEN軸參數(shù) (8) 管理ACOPOS Par ID參數(shù) 5.2 ACP10_MC功能函數(shù)介紹 (1) MC_Move Absolute 在一個(gè)指定的絕對(duì)位置命令被控運(yùn)動(dòng)。 (2) MC_Move Additive 除了在離散運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下原始命令的位置，命令一個(gè)指定相關(guān)距離的被控運(yùn)動(dòng)。如果FB在持續(xù)模式下啟動(dòng)，在執(zhí)行時(shí)指定的相關(guān)距離被加入到實(shí)際位置。 (3) MC_Move Veloc

49、ity 命令在特殊速率下的不停止的被控運(yùn)動(dòng)。 (4) MC_Home 命令軸執(zhí)行尋參，獲得電機(jī)當(dāng)前位置。當(dāng)檢測(cè)到參照信號(hào)時(shí)，位置輸入用于設(shè)置絕對(duì)位置。在靜止時(shí)完成此操作。 (5) MC_Stop 命令被控運(yùn)動(dòng)停止，將軸轉(zhuǎn)換為“停止”狀態(tài)。它會(huì)中止任何進(jìn)行中的功能塊的執(zhí)行。使用“Done”輸出，可轉(zhuǎn)換為靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)軸處于“停止”狀態(tài)時(shí)，其他的功能模塊不可以在這個(gè)軸上執(zhí)行任何運(yùn)動(dòng)。 (6) MC_Power 控制電源（開或關(guān)）。 (7) MC_Read Status 返回到相應(yīng)于當(dāng)前正在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的軸的詳細(xì)狀況。 (8) MC_Read Axis Error

50、 顯示與功能塊無關(guān)的故障。 (9) MC_Reset 　　通過復(fù)位所有內(nèi)部與軸有關(guān)的故障和清除懸掛的命令，實(shí)現(xiàn)從故障停止?fàn)顟B(tài)到靜止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)換。 (10) MC_Read Actual Position 讀實(shí)際位置。 5.3 程序設(shè)計(jì) 此次畢設(shè)需要實(shí)現(xiàn)的控制要求為電機(jī)的速度控制，即可認(rèn)為是電機(jī)走了多少位移，位移又可分為絕對(duì)位移和相對(duì)位移，則需要建立一個(gè)自動(dòng)順序應(yīng)用程序來控制ACOPOS，采用步進(jìn)順序更為適合，設(shè)計(jì)過程如下： (1) 啟動(dòng)系統(tǒng)后，系統(tǒng)等待信號(hào)來激活驅(qū)動(dòng)控制器，當(dāng)獲得相應(yīng)的信號(hào)，就以MC_POWER函數(shù)來啟動(dòng)控制器， (2) 程序進(jìn)入一個(gè)準(zhǔn)備狀態(tài) (

51、3) 在這個(gè)準(zhǔn)備狀態(tài)中，系統(tǒng)等待信號(hào)來執(zhí)行下一步驟，包括絕對(duì)位移和相對(duì)位移，考慮到在走絕對(duì)位移之前可能執(zhí)行一個(gè)尋參的過程，所以在程序中添加了MC_HOME函數(shù)。程序中設(shè)計(jì)為一旦執(zhí)行尋參命令，自動(dòng)將電機(jī)當(dāng)前位置設(shè)為0。 任務(wù)順序圖如圖5-1所示： 圖5-1 任務(wù)順序圖 程序如下： switch(AxisStep) { case STATE_WAIT: /*等待上電*/ if (gAxisBasic.Power = =1) /*

52、 得到上電指令*/ AxisStep = STATE_POWER_ON; /*執(zhí)行上電*/ else MC_Power_0.Enable = 0; /*將電源使能復(fù)位*/ MC_Home_0.Execute = 0; /* 復(fù)位所有函數(shù)信號(hào) */ MC_Stop_0.Execute = 0; MC_MoveAbsolute_0.Execute = 0; MC_MoveAdditive_0.Execute

53、= 0; MC_Reset_0.Execute = 0; gAxisBasic.Stop = 0; /* 用戶指令復(fù)位*/ gAxisBasic.Home = 0; gAxisBasic.MoveAbsolute = 0; gAxisBasic.MoveAdditive = 0; break; case STATE_POWER_ON: /* 上電狀態(tài)*/ MC_Power_0.Enable = 1;

54、 /* 得到上電指令*/ if (MC_Power_0.Status = =1) /* 上電反饋*/ { AxisStep = STATE_READY; /* 跳轉(zhuǎn)到準(zhǔn)備狀態(tài)*/ } break; case STATE_READY: /* 等待狀態(tài)*/ if (gAxisBasic.Home = =1) /* 得

55、到尋參指令*/ { gAxisBasic.Home = 0; /* 將尋參指令復(fù)位，方便下次執(zhí)行尋參*/ AxisStep = STATE_HOME; /* 執(zhí)行尋參*/ } else if (gAxisBasic.MoveAbsolute = =1) /* 絕對(duì)位移指令*/ { gAxisBasic.MoveAbsolute = 0; /* 將位移指令復(fù)位，方便下次獲得指令*/ AxisStep = STA

56、TE_MOVE_ABSOLUTE; /* 執(zhí)行絕對(duì)位移*/ } else if (gAxisBasic.MoveAdditive = =1) /* 相對(duì)位移指令*/ { gAxisBasic.MoveAdditive = 0; /* 將位移指令復(fù)位，方便下次獲得指令*/ AxisStep = STATE_MOVE_ADDITIVE; /* 執(zhí)行相對(duì)位移*/ } case STATE_HOME:

57、 /* 尋參狀態(tài) */ MC_Home_0.Position = gAxisBasic.ParaHomePosition; MC_Home_0.HomingMode = gAxisBasic.ParaHomeMode; /* 尋參模式 */ MC_Home_0.Execute = 1; /* 執(zhí)行尋參設(shè)為只有上升沿有效 */ if(MC_Home_0.Done == 1) { MC_Home_0.Execute = 0; /* 將尋參函數(shù)復(fù)位，方便下次獲得指令*/ AxisStep = STATE_READY;

58、 } break; 此外，在執(zhí)行以上機(jī)械的進(jìn)程中需要考慮到潛在的錯(cuò)誤事件，需要區(qū)分出兩種錯(cuò)誤類型： (1) 功能塊調(diào)用時(shí)的錯(cuò)誤，可能是由于設(shè)置上的錯(cuò)誤 (2) 驅(qū)動(dòng)錯(cuò)誤 在PCC中，PLCopen功能塊提供這些函數(shù)狀態(tài)的直接反饋，在“錯(cuò)誤”狀態(tài)輸出中顯示執(zhí)行中產(chǎn)生的錯(cuò)誤，響應(yīng)的錯(cuò)誤代碼在函數(shù)ERRORID輸出，用戶可以更好的定位錯(cuò)誤。 設(shè)計(jì)思想如下： (1) 利用循環(huán)的MC_ReadAxisError函數(shù)監(jiān)控ACOPOS驅(qū)動(dòng)上的出錯(cuò)信息，此功能塊必須一直在激活狀態(tài)（Enable=1），AxisError在PCC中ID默認(rèn)設(shè)定為29226。 (2) 當(dāng)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)錯(cuò)誤后，停

59、止常規(guī)的程序執(zhí)行，進(jìn)入處理錯(cuò)誤步驟；當(dāng)出現(xiàn)功能塊調(diào)用時(shí)的錯(cuò)誤，出現(xiàn)這一錯(cuò)誤同樣停止程序執(zhí)行。 在兩種進(jìn)程都運(yùn)行通過后，需要檢測(cè)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，是否在錯(cuò)誤狀態(tài)，直到執(zhí)行了狀態(tài)復(fù)位，才能繼續(xù)運(yùn)行應(yīng)用程序。 流程圖如圖5-2所示： 圖5-2 檢錯(cuò)流程圖 程序如下： _CYCLIC void basic_cyclic(void) /*循環(huán)檢測(cè)程序*/ if((MC_ReadAxisError_0.AxisErrorID!=0)&&(MC_ReadAxisError_0.Valid==1)) /*檢測(cè)軸錯(cuò)誤

60、*/ { AxisStep = STATE_ERROR_AXIS; /*運(yùn)行軸錯(cuò)誤處理狀態(tài) */ } else if (gAxisBasic.Power = =0) /*是否斷電*/ { if ((MC_ReadStatus_0.Errorstop = =1) && (MC_ReadStatus_0.Valid = =1)) /*檢測(cè)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)*/

61、AxisStep = STATE_ERROR_RESET; /*運(yùn)行狀態(tài)復(fù)位*/ else AxisStep = STATE_WAIT; } case STATE_ERROR: /* 錯(cuò)誤狀態(tài)*/ if (gAxisBasic.ErrorID= =29226） /*檢測(cè)功能函數(shù)是否發(fā)生錯(cuò)誤*/ { AxisStep = STATE_ERROR_AXIS; /*如果是軸錯(cuò)誤，到軸錯(cuò)誤處理狀態(tài)*/ } el

62、se { if (gAxisBasic.ErrorAcknowledge = =1) { gAxisBasic.ErrorAcknowledge = 0; /*確認(rèn)錯(cuò)誤直到?jīng)]有錯(cuò)誤態(tài)*/ gAxisBasic.ErrorID = 0; /*將ErrorID復(fù)位，方便下次檢錯(cuò)*/ if ((MC_ReadStatus_0.Errorstop==1) && (MC_ReadStatus_0.Valid == 1)) /

63、*檢測(cè)是否在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)*/ { AxisStep = STATE_ERROR_RESET; /*運(yùn)行錯(cuò)誤復(fù)位*/ } else { AxisStep = STATE_WAIT; /*運(yùn)行等待狀態(tài)*/ } } } break; case STATE_ERROR_AXIS: /*軸錯(cuò)誤狀態(tài)*/ if (MC_ReadAxisError_0.Valid = =1) {

64、if (MC_ReadAxisError_0.AxisErrorID != 0) /*出現(xiàn)錯(cuò)誤*/ { gAxisBasic.ErrorID = MC_ReadAxisError_0.AxisErrorID; } /*讀軸錯(cuò)誤號(hào)*/ MC_ReadAxisError_0.Acknowledge = 0; if (gAxisBasic.ErrorAcknowledge = =1) /*確認(rèn)錯(cuò)誤*/

65、 { gAxisBasic.ErrorAcknowledge = 0; /*將確認(rèn)復(fù)位*/ if (MC_ReadAxisError_0.AxisErrorID!=0) /*出現(xiàn)錯(cuò)誤*/ { MC_ReadAxisError_0.Acknowledge = 1; /*確認(rèn)錯(cuò)誤*/ } } if (MC_ReadAxisError_0.AxisErrorCount = =0) /*剩余錯(cuò)誤為0*/ { gAxisBasic.Err

66、orID = 0; /*錯(cuò)誤命令復(fù)位*/ if((MC_ReadStatus_0.Errorstop==1)&&(MC_ReadStatus_0.Valid == 1)) /*檢測(cè)是否在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)*/ { AxisStep = STATE_ERROR_RESET; /*運(yùn)行錯(cuò)誤復(fù)位*/ } else { AxisStep = STATE_WAIT; /*等待狀態(tài)*/ } } } break; case STATE_ERROR_RESET: /*錯(cuò)誤復(fù)位狀態(tài)*/ MC_Reset_0.Execute = 1; /*復(fù)位上升沿有效*/ if(MC_Power_0.Error = =1