第6章 机电一体化ppt课件.ppt

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1、本章将讨论机电一体化设备中最基本的一种-单自由度伺服电机旋转角度控制系统。介绍该系统的控制器以及控制器与计算机的接口方法。多自由度工业机器人的位姿控制方法。6.1伺服电机控制器的组成1.伺服放大器的概念伺服电机有DC伺服电机和AC伺服电机。DC伺服电机输出功率可达到几w至几百w，额定电压为24v、75v等，额定电流为几A。数字电路中使用的5v，几mA至2A直流电源装置，以及个人计算机的扩展总线输出的5v电源，不能满足驱动功率的要求，所以必须有功率放大器。这种功率放大器就是所谓的伺服放大器。这种伺服放大器只要输入±5v(或者±2.5v、±10

2、v等)、几mA速度指令电压，就可以使电机以与控制电压成比例的转速旋转，实现转速控制。这种伺服放大器称为速度控制型伺服放大器。此外还有依置控制型和转矩控制型伺服放大器。2.速度控制型伺服放大器的内部组成3控制器的概念速度控制型伺服放大器必须由外部装置输入速度指令电压。如果是单纯的速度控制，只要利用D／A转换器产生与目标速度成比例的电压，输入到伺服放大器就可以了。但是，对于位置控制，要利用编码器信号检测位置，通过位置与时间的差分得到当前速度，根据得到的位置和速度信号，应用控制理论计算出速度指令电压，再将指令电压输入到伺服放大器上。这些是外部装置

3、的主要功能。机电一体化设备中，不仅要控制电机的启动和停止，多数情况还要进行位置控制。这种情况下，外部装置要根据来自伺服放大器的编码器信号和报警信号等，进行智能化的速度指令电压计算和报警处理。多数情况下，这些功能部集成在MPU电路板上。“控制器”指的是什么呢?最简单的外部装置是利用接近开关、行程开关的组合产生控制信号，当有信号输入时就使电机停止。对于控制程序一定的简单动作控制，一般采用顺序控制器作为外部装置。它通常由传感器信号插入部分、顺序控制电路部分以及继电器组成的输出开关部分构成。概括地说，关于控制器的定义还不够明确，根据控制电机的外部控

4、制装置和伺服放大器的实际状况，分别有不同的定义。4外部装置与接口对于只有外部装置的控制器和由外部装置和伺服放大器组成的控制器，只要接通电源，设定控制面板开关，就能够独立的控制伺服电机运动。但是有时还需要与其它外部装置进行数据交换。如利用计算机对控制器内的程序进行改写，多数情况下需要在控制器上安装串行口和并行口。对于以个人计算机为外部装置，以伺服放大器为控制器的情况，它们之间也存在接口问题。可以用c语言编写程序，根据电机的当前位置和速度信息，进行一系列的运算和处理，得到应该输送给伺服放大器的速度指令电压量。速度指令电压通过D／A转换板输出给伺

5、服放大器。来自伺服放大器的编码器信号经过计数板进行计数。各种报警信号通过DIO板进行输入输出，接口板可以直接插入计算机的扩展槽内使用。6.2个人计算机的组成1.个人计算机的电路构成2.CPU的构造与功能3.地址总线与数据总线CPU与存储器和I／O口之间是通过地址总线和数据总线连接起来的。此外，还有传输各种控制信号的信号线，称为控制总线。控制信号包括数据类型指令信号、中断信号、定时信号等。PentiumCPU中采用了32位的地址总线(即32位信号线)。为了提高同时处理数据量和数据处理速度，采用了64位的数据总线。为了实现与外部设备之间的数据交

6、换，也设置了外部总线(C总线和PCI总线等)。但由于外部设备的数量有限，所以与这些设备相关的地址少一些。此外，除了用于图像处理等大数据量的设备以外，数据总线的位数也不需要太多。因此，可以利用称为芯片组的LSI组合进行内部总线和外部总线之间的控制。比如，在C总线上只能输出24位的地址信号和16位的数据信号。对于这种情况，只要是C总线，无论是PentiumCPU的机器，还是8086CPU的机器，都可以来用同样的扩展板(插入c总线扩展槽的扩展板)和同样的软件来进行I／O控制。4.I／0端口与接口I／O口是计算机与外围设备之间进行连接的电路或者元件

7、，与输入输出相对应分别称为输入口和输出口，也可以统称为输入输出口。图示是用8D触发器IC芯片74Ls574作为输入输出接口电路的例子。在数据总线上，CPU与存储器之间和CPU与I／O口之间的数据交换是分时完成的。但是，由于来自外部设备的数据都是通过数据总线进行传输，可能发生数据冲突，有时会导致程序的混乱。74LS574芯片的(oc)管脚为高电平(5v)时，输出为高阻抗，几乎没有电流通过。这种具有高电平、低电乎和High-z三种输出状态的比芯片称为三态门IC芯片。当I／O口处于High-z状态时，在电路上切断了与数据总线之间的联系，只有当CP

8、U发出输入输出指令时，才消除h1gh-Z状态，将数据传输到数据总线上。在很多情况下，来自外部设备和传感器的数据都是实时变化的，在进行机电一体化设备控制时，要求正确确定采样间隔时间