基于labview和pxi-7358多轴运动控制卡的

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1、基于LabVIEW和PXI-7358多轴运动控制卡的地震模拟振动台控制系统设计ControlSystemDesignforEarthquakeSimulatorBasedonLabVIEWSoftwareandPXI-7358Multi-axisMotionController作者：宫金良赵现朝高峰单位：上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室应用领域：控制设计使用的产品：PXI-1042机箱PXI-8186控制器PXI-7358运动控制卡UMI-7774通用运动控制接口PXI-6511工业数字I/

2、0卡LabVIEW7.1LabVIEWRT(实时模块)ControlDesignandSimulationBundle挑战：短期内实现8台伺服电机的变参数同步控制，为并联机构的多电机控制应用提供解决方案，突破重载系统中的冗余输入技术难题，并实现快速响应。应用方案：方案全部采用NI产品，以PXI-1042内嵌PXI-8186控制器为核心，硬件设计采用PXI-7358多轴运动控制卡和UMI-7774接口板驱动8个电机，采用LabVIEW7.1软件的电子齿轮功能轻松实现其中两个电机的完全同步，并利用PID软

3、件包的强大功能实现快速开发。介绍：地震模拟振动台是集激振、分析、测试为一体的技术，我们将其与并联机器人技术、冗余驱动技术相结合，研究开发了具有独立知识产权的DZ10型地震模拟振动台。基于PXI-7358运动控制卡和LabVIEW软件中的电子齿轮功能，成功的解决了项目中的冗余驱动问题，极大的降低了控制系统设计的难度。功能强大的控制系统设计软件包提高了设计的灵活性，有效的缩短了程序开发周期。序言：地震模拟振动台是地震工程研究的重要手段，是集激振系统、测试系统和分析系统于一体的现代振动试验系统。由于地震模拟

4、振动台不仅负载量大，而且能模拟天然地震波和人工地震波，因此在原子能反应堆、海洋结构工程、水工结构、堤岸结构和桥梁结构等方面发挥着重要的作用。传统的地震模拟振动台大都采用液压驱动。液压驱动属于力封闭控制，在多电机驱动时能够通过液压缸中液体的自身弹性达到同步控制的目的。为了消除液压系统带来的污染，减小制造成本，我们提出采用冗余输入电机驱动的地震模拟振动台，并设计了具有自主知识产权的冗余驱动模块，该模块能将两个输入通过机械方式转换为单输出。地震模拟振动台的机构本体为一并联机构，由8个伺服电机驱动以实现重载，

5、因此在控制系统设计上需要保证8个伺服电机的同步和响应的快速性。本系统以PXI-1042内嵌PXI-8186控制器为核心，PXI-7358多轴运动控制卡驱动8个电机，采用LabVIEW7.1软件的电子齿轮功能实现其中两个电机的完全同步。本系统从软件到硬件均采用NI的产品，具有很好的集成性和兼容性，并能够以最短的周期完成。地震模拟振动台机械系统：我们开发的DZ10型地震模拟振动台系统综合了并联机器人技术、冗余输入技术等，采用了已申请国家发明专利的双驱动模块作为振动台的输入。整个台面为1×1米，由六条运动链

6、和八个伺服电机驱动，其中采用双驱动模块的两套电机必须保持控制上的同步。图1和图2分别是双驱动模块和DZ10型地震模拟振动台样机。图1双驱动模块控制系统设计：控制系统设计要综合考虑机械本体、目标要求、开发周期等各种因素：1）系统为八轴运动控制，首先确定运动控制卡为八轴控制卡，如PMAC、ADLINK、NI、固高等产品均可选。图2DZ10型地震模拟振动台样机2）系统中的双驱动模块要求两个输入电机同步控制，为了简化设计，采用LabVIEW软件中的电子齿轮功能是不错的选择。3）与VC、VB相比，LabVIEW

7、软件及控制软件包提供了强大的PID算法，数据分析，处理功能。4）要能有效的缩短开发周期。显然，LabVIEW图形化的编程语言对编程者要求很低，能使开发者集中于专业知识的应用。最终确定本系统总体结构是基于开放式实时测试平台PXI-1042，以嵌入PXI8186控制器网卡、键盘、鼠标、显示器PXI1042背板PXI6511数字输入卡操作者输入终端1（1）输入终端2（2）UMI7774(1)#1－#4电机轴MotionI/ODigitalI/OPXI7358运动控制卡#5－#8电机轴MotionI/ODig

8、italI/OUMI7774(2)图3地震模拟振动台控制系统框图式PXI-8186作为主控制器，内插NI公司的PXI-7358运动控制卡实现8个伺服电机的运动控制，所有8个伺服轴为联动方式。NI的7358运动控制卡和PXI-8186的通讯由PXI插槽实现，因而具有很快的传输速度。PXI-7358运动控制卡主要完成运动控制，而地震模拟振动台的输入输出信号等开关量，如操作按钮及状态指示等，则通过PXI-6511数字输入卡实现，最多具有64点的开关量I/O。同