运动控制创新实验室方案

1、运动控制实验室方案一、运动控制系统实验室建设背景2(一)当前运动控制实验室建设的不足2(二)运动控制技术的发展方向21、历史回顾22、发展方向2二、鸥鹏科技运动控制实验室方案总体框架31、鸥鹏科技运动控制实验室建设的人才培养目标及方式32、鸥鹏科技运动控制实验室建设的内容31)运动控制系统装、拆与测量32)运动控制技术重点知识创新实验33)运动控制基本加工工艺及加工参数设置要求34)运动控制技术的综合创新应用35)运动控制实验室层次示例3三、课程大纲4四、配套设备与器材51、直线运动模块装配套件52、电气控制系统接线套件63、模块化小型雕铣机床对象71）二维平台和三维带主轴平台可随意相互转换7

2、2）控制部分：基于PCI总线和DSP的运动控制器73）驱动模块84）可构成机电控制系统95）应用软件系统106）可做进行的实验：12三、推荐方案配置13一、运动控制系统实验室建设背景(一) 当前运动控制实验室建设的不足高校运动控制实验室的目标是培养优秀的中国运动控制人才，而目前国内很多高校所建运动控制方面的实验室，基本由几台车床、铣床、加工中心等单一设备组成，实验室建设缺少战略规划思想，存在许多不足。1、 耗费资金多：几台机床购买下来需要上百万，甚至几百万上千万，这对于一般学校是很难实现的；2、 运动控制原理无法体现：训练操作，有关原理比如：直线插补等概念无法实验理解；3、 技术落后：很多学校

3、贵的设备买不起，只能买一些技术含量低甚至落后的来实现，很不利于运动控制方面的培养和发展；4、 效果差：学生多、设备少，只能走马观花，实际实验效果差。5、 学生学习运动控制系统不理解，学的西门子，不会用发那科，又要从头学，没有掌握学习运动控制的核心。(二) 运动控制技术的发展方向1、历史回顾从1952年美国麻省理工学院研制出第一试验性运动控制系统，到现在已经走过42年历程。运动控制系统由当初的电子管式起步，经历了几个发展阶段，分体式晶体管式小规模集成电路式大规模集成电路式小型计算机式超大规模集成电路式微机式的运动控制系统。80年代，运动控制装置由NC向CNC发展，广泛采用32位CPU组成多微处理

4、器系统；驱动装置向交流、数字化方向发展，CNC向人工智能方向发展。90年代，计算机技术飞速发展，推动了运动控制技术的更快发展，知名厂家正向基于PC机构的方向发展，完全利用PC丰富资源，使系统正直实现开放性。2、发展方向l 基于PC全开放性l 数字化l 网络化l 高速高精度二、鸥鹏科技运动控制实验室方案总体框架1、鸥鹏科技运动控制实验室建设的人才培养目标及方式l 培养目标：机电一体化，运动控制应用型人才l 培养方式：课堂教学，实验教学，企业实践相结合2、鸥鹏科技运动控制实验室建设的内容1) 运动控制系统装、拆与测量通过实验了解装配精度的基本测量方法、装备精度对设备的影响等；2) 运动控制技术重点

5、知识创新实验通过实验对运动控制设备的模块进行认知，掌握3种控制方式的特性比较、常见执行机构的特性比较、几种插补的特性比较、反向间隙的测量与补偿、脉冲当量与设备运动速度关系、几种精度、机床坐标与工件坐标等；3) 运动控制基本加工工艺及加工参数设置要求CAM软件生成对加工效率的影响、基本加工参数设置（加工速度、空行速度、进刀量等）；4) 运动控制技术的综合创新应用利用运动控制知识进行工业上运动控制专机的应用创新，如运动控制雕刻机系统应用开发、运动控制点胶机系统的应用开发等。5) 运动控制实验室层次示例运动控制原理实验运动控制加工工艺实验运动控制技术应用三、课程大纲序号单元基于工作工程的项目实践内容

6、技能归纳学时1运动控制工作台和机电一体化系统运动控制工作台系统机械组件的安装、电气与控制器的连接；使用运动控制器调试环境进行参数配置和进行简单的位置控制1机电一体化系统基本组成和基本的安装调试过程2运动控制器的调试环境和系统特征参数62机械组件的安装和调试直线运动模块机械组件的装配旋转运动和直线运动的换算直线运动模块装配质量的检验1直线运动模块的装配技能2滚珠丝杠和滚动导轨运动特性3直线运动精度的检测方法43传感器选型和电气特性限位开关的安装与测试光电编码器的信号读取和位置换算光栅尺的安装与使用1限位开关的选型2光电编码器当量的计算3光栅尺的安装使用技巧64驱动与执行装置步进电机的使用和编程控

7、制交流伺服驱动器的参数调整1步进电机使用技巧2交流伺服系统参数调整技巧85运动控制器与运动控制系统开环脉冲运动控制器/经济型运动控制系统与步进驱动和交流伺服电机的电气连接闭环模拟运动控制器/高性能运动控制系统与交流伺服电机的电气连接1运动控制器的分类和应用2开环脉冲运动控制器3闭环模拟量运动控制器4运动控制器的总线通讯5运动控制系统的分类和应用106运动规划和数字滤波（PID）运动控制系统运动参数设置运动控制系统的点位控制控制测试运动控制系统的连续轨迹加工测试运动控制系统控制参数的调整1运动参数设置技能功能2运动控制系统的操作技能3运动控制系统的调试技能127多轴插补运动控制系统多轴插补功能的

8、测试运动控制系统多轴联动测试方法与技巧108运动控制编程真实编程加工测试运动控制编程的方法与技巧129课程的归纳和总结撰写学习心得和体会2学时合计70以上教材由王文斌博士主编，深圳职业技术学院机电学院教师和深圳鸥鹏科技有限公司资深控制工程师协助编写，将于2008年由电子工业出版社出版。相关课程: 运动控制原理，运动控制应用等四、配套设备与器材将最为常用的运动控制铣床小型化、模块化，配合基于PC和运动控制器的通用运动控制系统或者广州运动控制等专用系统，组成完全符合工作过程导向的实训和教学系统平台。具体包括：直线运动模块装配套件、电气控制系统接线套件、模块化小型雕铣机床对象、运动控制系统等。1、

9、直线运动模块装配套件机械运动模块是机电系统中最基础的组成部分，其安装调试及维护在系统中尤为重要。单轴直线运动模块提供使用者运动模块套件，套件包含完整的模块零部件（机械件，电机等），零部件清单，装配图，完善的装配指引及相应的工具，利用这些套件，可以装配出完整的直线运动模块，并加以调试。套件装配完成后如下图装配完成后，可通过可选控制器对装配好的直线运动模块进行简单的运动调试。控制器可选嵌入式，基于PC等，或直接使用驱动器之调试功能进行调试。2、 电气控制系统接线套件套件装配完成后如下图3、模块化小型雕铣机床对象1）二维平台和三维带主轴平台可随意相互转换步进电机法兰套件光栅尺工作台面一维平台套件一维

10、平台套件二维平台（带笔架）三维带主轴平台伺服电机法兰套件主轴2）控制部分：基于PCI总线和DSP的运动控制器a) 硬 件：DSP+CPLD b) 性能参数：1. 4轴交流伺服电机运动控制2. 输出方式：脉冲/方向、模拟电压3. 脉冲输出驱动电流20mA，输出频率范围0.1Hz1MHz4. 10V 、12位模拟电压输出5. 4倍频增量光电编码器/光栅输入，输入最高频率1.2MHz6. 可编程事件中断，中断号可跳线选择7. 内置计时器，具有2230倍伺服周期可编程定时中断能力8. PCI总线接口9. 零位捕获功能10. IO功能11. 2路辅助编码器12. PID+速度前馈13. 可编程梯形曲线、

11、速度跟踪、电子齿轮和直接输出等轨迹控制方式14. 32位运算精度c) 软件支持1. DOS库文件，Windows动态连接库2. Windows调试环境，便于了解功能以及学习函数编程，满足系统硬件测试3. 通用控制软件，采用G指令和专用的PLC指令，开发系统无需编写控制软件3）驱动模块a) 交流伺服电机：（施耐德 ）序号部件名称主要参数备注图片1电机功率：200W编码器：2500P/R输入电流：1.5A额定转矩：0.637NM额定转速：3000 rpm2驱动器功率：200W输入电压：交流200230V输入电压频率：50/60HZ频率响应特性：500HZb) 步进电机：电机型号最大静力矩额定相电流

12、相阻抗(ohms) 相感抗(mH)图片(N.m) (A)57HS2A1261.262.80.853细分器：XAL-35：DC2440V；1.33.5A；2256细分c) 可选配件：光栅尺：KA-300，分辨率：5微米，速度：米/分： 有效行程根据机械平台的有效行程确定4）可构成机电控制系统系统结构图图片开环驱动器上位机运动控制器电机负载 应用程序指令运动指令 传动机构 半闭环驱动器上位机运动控制器电机负载 应用程序指令运动指令 传动机构 位置反馈速度反馈反馈元件全闭环驱动器上位机运动控制器电机负载 应用程序指令运动指令 传动机构 位置反馈速度反馈反馈元件5）应用软件系统a) 运动控制器调试环境

13、运动控制器调试环境是基于DSP+CPLD运动控制器的开发调试环境，为用户提供最为基本的运动控制的使用，开发范例，步骤。调试环境包括参数设置、状态显示、运动控制、输入输出测试、中断测试、PID设置、动态响应测试、ZL指令编程等功能状态显示窗口功能操作窗口功能选择按钮硬件复位按钮硬件型号操作信息窗口b) 通用运动控制系统通用控制系统采用VC6.0编制，基于WINDOWS NT 4.0及以上操作系统，集成化设计，集运动控制模块，显示操作模块和机床操作面板于一体，纯软件操作，人机界面友好，缩小了体积，减少了连接，提高了系统的集成度和可靠性，可直接应用于工业，用户可以轻松进行NC代码编程，验证，乃至结果

14、输出（通过笔架绘出或三维加工）。通用控制系统软件包含三个主要功能模块：程序编辑、手动控制、自动加工c) 反向间隙补偿该模块了解工程系统中反向间隙的产生原因，并进行间隙补偿的工程实际问题。也可作为运动控制器的学习和使用，步进伺服系统的学习和使用，常用元部件的学习和使用，机电系统设计和控制软件编程等。d) 交流伺服电机动力学特性系统可作为运动控制器的学习和使用，交流伺服系统的学习和使用，常用元部件的学习和使用，以及PID调节器使用与编程，机电系统设计和控制软件编程等。e) 运动控制插补原理实验系统本系统通过对逐点比较法和数字积分法两种插补方法的介绍和演示，使用户比较直观地了解具体地插补过程和结果，

15、加深对运动控制插补原理的认识，用户可以通过自己的插补算法进行实验。6）可做进行的实验：a) 运动控制器基础实验b) 电机与驱动器调整实验c) 电机特性实验（交流伺服、直流伺服、步进）d) 单轴运动轨迹规划实验e) 插补原理及实现实验f) G代码编译实验轴线定位精度、重复定位精度的测量g) 交流伺服系统：驱动器位置、速度、力矩回路的调整h) 编码器和直线光栅实验：位置、速度、加速度的测量i) 反馈控制系统的认识与分析j) 点位控制实验k) Windows环境下的编程实验l) 丝杠的间隙及误差补偿测量m) 负载变化对系统动态特性的影响n) 外部干扰对系统动态特性的影响三、方案配置及报价参考厂商：深圳鸥鹏科技有限公司以30名学生为一班，同时开设实训项目，3人为一组。推荐实训设备方案与预算如下可起草标书用设备名称型号技术参数数量单价金额备注三维伺服实验平台OT-XY201505ALOpenNC软件，OTXY201505可拆装运动平台（P4精度）、四轴DSP运动控制卡（PCI总线）、200W交流伺服电机3套（带安装法兰）、电控箱（含两套伺服驱动器和电源等）49000三维步进实验平台OT-XY201505SLOpenNC软件，OTXY201505可拆装运动平台（P4精度）、四轴DSP运动控制卡（PCI总线）、步进电机3套（带