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基于工控机的位置伺服同步系统的开发

作者:权建洲 赖向东 吴保芳2008.02.29阅读 5764

     当前,精密化、自动化、智能化和柔性化是数控技术的发展方向。其关键技术之一的多轴联动数控技术,日益引起国内外有关学者的普遍重视和广泛研究。但是如何更方便地实现高精度、高效率、高柔性的多轴联动还是一个有待继续探索的课题。目前,多轴联动系统大多采用主从式结构,主机完成系统的管理和产生指令,而各轴控制则由各单独从机控制单元完成[1,2]。以PC工控机为核心的控制系统,集管理与控制为一体,运用PCL833、PCL728两块功能板,可同时实现2台伺服电机间同步传动的柔性化控制 ,使之满足数控机床的多轴联动要求。

1系统整体结构
     系统整体结构简图,如图1所示。本系统的控制回路分数字和模拟部分2部分,数字部分由1台PC工控机和两块硬件功能接口板组成。PC工控机主要完成2台电机的位置控制调节运算;硬件功能板1为计数器控制工程网版权所有,实现对两伺服电机反馈脉冲的检测、倍频辩相和计数功能;硬件功能板2为D/A板,实现对2台伺服电机的控制。

基于工控机的位置伺服同步系统的开发如图

2 硬件接口电路

     PCL833是由研华公司生产的24位

可逆计数器[3],是专为位置和速度控制设计的计数器接口板,能够对正交输入和数字输入进行计数,具有如下特点:
    (1) 3个24位可逆计数器;
    (2) 最大脉冲输入频率2.4MHz;
    (3) 计数方式为脉冲/方向计数和正反向计数;
    (4) *1、*2、*4 3种倍频方式;
    (5) 具有对9个不同中断源中断控制;
    (6) 光电隔离最大能达到2500V;
    (7) 4级数字滤波;
    (8) 可编程中断时间;
    (9) 适合IBM PC/AT 和兼容机(ISA总线)。

     3个24位可逆计数器既可单独使用,也可级联使用。最大可实现48位计数器方式。并可根据要求设置为增量式和绝对式。具有溢出中断和溢出计数等功能。在本系统中CONTROL ENGINEERING China版权所有,为保证计数器读数准确、不丢步,采用了24位计数方式,同时要求计数器进行绝对式循环计数。接口板1占有计算机连续16个映射地址,根据PC计算机映射地址的分配情况,设置0X200~0X215连续16个映射地址给计数器。

     PCL728是由研华公司生产的12位D/A转换器[4],该转换器针对恶劣的工况设计的12位双通道D/A输出卡。每一通道完全光电隔离,并且独立于系统地CONTROL ENGINEERING China版权所有,可设置为以下范围输出:0~5V、0~10V、±5V、±10V、4~20mA、0~20mA。根据伺服电机的控制要求www.cechina.cn,设置为双极性±10V输出。D/A输出占有4个映射地址,分别为0x2c0、0x2c1、0x2c2和0x2c3 4个连续地址。

     伺服电机及其驱动系统采用日本安川公司的产品,电机型号为BMH0955N11A1L,光电编码器为伺服电机随机携带,3072脉冲/转。

基于工控机的位置伺服同步系统的开发如图

3 PC机实时控制算法软件设计与实现

     在本系统中实现2伺服电机同步跟踪的控制。2电机分别定义为主电机和从电机,由该工控机同时完成对2台伺服电机的控制。

     采用工控机中的8253零计数器来实现定时中断,并通过其控制的0x1cH中断相量中安装中断服务程序。8253零计数器的默认设置为每秒产生18.2次中断,即每发生一次中断间隔周期为55ms。这样,可根据公式interrupt——hige=sample——time×1193180%256000和interrupt——low=sample——time×1193180/256000获得计数器预置数,通过修改该计数器预置值www.cechina.cn,可获得不同的中断时间。

     整个系统软件由2个模块组成:位置锁定模块和控制模块。当系统采用了数模混合结构时,即使没有输入,也会因各种干扰的存在,引起模拟电路中产生电流“零漂”,从而将影响到控制效果。位置锁定模块即为解决上述问题而设计,该模块的中断服务程序与控制模块的中断服务程序占有同一中断相量,运用TSR(Terminate and Resident ),即长驻内存技术[5],将其长驻于内存中。当主控制模块未运行时,该锁定模块通过定时中断自动激活,采用零输入负反馈控制策略,实现对伺服电机零位置的锁定。

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