基于DSP运动控制器的丝杠副动态误差测控系统

1、    基于DSP运动控制器的丝杠副动态误差测控系统        张兴国 时间:2008年10月10日     字 体: 大 中 小        关键词:        摘要:关键词: DSP运动控制器 开放式伺服系统 光栅尺 丝杠副动态测量1 丝杠动态误差测量系统基本原理其

2、中， Z测量头沿丝杠轴线方向的行程T被测丝杠的导程被测丝杠转过的角度本测量系统采用“同步位移绝对值比较法”进行测量，其原理如图2所示。具体方法为：记数卡以一定采样间隔同步采集角位移信号和测头轴向位移信号，通过记数卡本身所具有的信号处理系统将两路信号进行高倍数电子细分后传送给计算机系统，再由相应的软件将信号转换为位移量，通过计算机实时处理计算出丝杠误差值。两路信号在计算机处理之前未发生任何联系，通过计算机处理使它们成为丝杠螺旋线的角度基准量和轴向位移量，并通过比较计算出误差值。2 丝杠副动态测控系统硬件2.1 基于DSP的运动控制器MCT8000F4简介MCT8000F4运动控制器具有如下特征：

3、·网际浮动式操作界面，方便远程在线、多系统协调作业，支持远程调试和故障诊断；·开放式结构，可随意增加外部传感器，扩展系统功能；·高可靠性双CPU结构，下位机可脱离上位机工作；·每轴10s的高伺服更新速度，可直接控制DD(Direct Drive)臂机器人和高速直线电机；·优良的软硬件重构特性，便于技术升级和维护；·兼容性好，配备摩信科技公司生产的运动控制模块，可以控制多种机器人、数控机床以及其它过程控制系统。MCT8000F4运动控制器技术参数为：·四通道02MHz的正负步进脉冲输出，作为正负方向控制信号。·四通道

4、12位模拟量输出，输出范围为-10V+10V，工作频率为100kHz。·四通道光电编码器接口，24位计数器，计数频率17MHz，差动或单端输入，Index信号，内部数字滤波。·与主机连接方式：标准PCI总线高速接口。·支持单主机多块控制板同时工作。·操作系统：Windows 95/98/NT/Linux。2.2 丝杠副动态误差测控系统组成丝杠副动态误差测控系统硬件构成如图4所示，主要包括以下几个部分：(1)光栅测长、磁栅测角部分；(2)温度采集部分；(3)尾架补偿部分；(4)误差显示与输出部分；(5)主计算机控制部分；(6)主轴交流伺服电机驱动部分。系统

5、采用模块化设计，各部件选用独立功能模块，通过计算机控制组合，大大简化了系统设计，增加了可靠性，缩短了设计周期，增强了系统的灵活性。根据系统对主轴转速稳定可调的要求，主轴伺服电机控制系统采用上、下位机控制方式。上位机选用研祥工控机，该工控机不但作为上位伺服控制级，同时也作为丝杠动态误差测控系统的控制主机。下位机选用深圳摩信公司生产的基于DSP技术的四轴运动控制器MCT8000F4作为下位伺服控制级，实现伺服系统的速度和位置控制。上、下位机通过总线形式连接，实现高速数据传输及控制。这是一种以PC机作为信息处理平台、将运动控制器以插卡形式嵌入PC机的伺服控制系统，即“PC机+运动控制器”模式的开放式

6、伺服控制系统。它将PC机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起，具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好的特点。丝杠副动态误差测控系统数据采集系统结构如图5所示。在该系统中，主轴转动采用交流伺服电机作为拖动元件并由运动控制器控制电机运行来实现，这种办法还可以进行速度调节。电机经过机械传动装置驱动主轴，圆磁栅安装于传动主轴上，测量时由拨盘带动被测丝杠和圆磁栅同步转动，丝杠旋转时由带动头带动螺母小车沿导轨做轴向运动，光栅尺传感器的读数头随测量头和螺母小车做轴向移动。3 丝杠副动态测控系统软件3.1软件系统模块结构系统的软件功能包括：初始化、编码

7、器信号接收处理、控制算法计算、调速系统检测与监控、与控制级的联络及信息交换、自检与保护。初始化模块在运动控制器开始工作之前进行参数的设定、设备的诊断、伺服组件的启动及设置，最后进入正常工作。光电编码器的信号通过反馈通道接口卡进行整形、滤波与计数后，实现速度、位置信号的检测。为了便于控制算法计算及增加信号的可靠性，需进行速度信号、位置信号的预处理，得到的信号分别存在速度信号缓冲区和位置信号缓冲区。这就是编码器信号接收处理模块要做的工作。控制算法计算模块根据得到的速度给定信号、位置速度反馈信号进行校正计算，结果存入输出缓冲区，启动信息交换模块，将速度反馈信号发送到上位计算机。联络及信息交换模块的主

8、要任务是接收上位机送来的命令与数据，进行命令处理及数据处理与保存，根据需要向下位机伺服控制级发送有关信息。本系统软件以VB为开发工具，图6为软件模块结构。系统设计了测量信息数据库、精度标准数据库及数据库管理软件，用于保存丝杠的参数信息、动态测量原始数据、误差评定结果、精度等级评定结果等。3.2 主要软件模块流程图动态误差测量模块流程图见图7。动态误差测量模块由参数输入模块输入用户参数，包括丝杠参数、采集参数，并判断参数的合理性。动态误差测量模块具有以下功能：根据输入参数计算主轴转速和采样周期；控制电机驱动主轴转动使丝杠按给定速度转动；数据采集，包括长光栅、圆磁栅、温度、尾架补偿量；进行实时的误差计算与误差补偿，计算出导程误差；显示误差曲线，并可在记录仪上绘出误差曲线；测量结束后将所测数据存入数据库或数据文件。动态误差分析模块流程图见图8。误差分析采用最小二乘法求出回归系数，用行程精度四大精度指标Ea、Vup、V2、V300反映各误差量。本文分析了丝杠导程误差的动态测量原理，研究了基于DSP运动控制器的丝杠副动态误差测控系统软、硬件设计方案，实现了丝杠的自动测量、自动分析，并实现按最新国标进行滚珠丝杠副导程误差四大精度指标Ea、Vup、V