多轴控制及直驱技术

运动控制技术

直驱技术

技术工程师

一个典型的运动控制系统驱动机构功率放大运动控制器执行机构减速机构机械装置传动机构编码器光栅人机界面现场过程信号运动控制研究的内容★对多台电机位置、速度、转矩等参数的精确、快速控制★控制单台电机的点位运动及多台电机的插补运动，实现我们希望的加工轨迹及空间曲线★选择不同的控制方式及系统配置，实现最优控制我们希望实现的★系统运行稳定可靠，连续运行的能力，抗干扰能力★高精度，包括定位精度，重复定位精度，动态跟随误差等★快速响应性好★快速上手，开发周期短★易于维护运动控制系统★运动控制系统是一个复杂的系统★各个环节都对这个系统产生影响★可靠、功能强大的控制器，稳定的执行机构，精确的反馈机构精密的机械结构等等运动控制器(系统的大脑)★执行编写的程序，控制执行机构的动作★完成伺服闭环的计算★通过插补计算，得出各个电机轴的位置★采集现场I/O信号，控制I/O设备★与PC及其他现场设备进行通讯★能够实现各种运算功能，程序的流程控制等。程序开发非常类似于PC上开发程序。ACR9000就是具备这样功能的控制器执行机构——步进电机·主要用于开环控制·步距角：一个脉冲对应的角度常见1.8°(2相)，0.72°（5相）加细分后可做到很小的步距角·优点：简单易用，刚度高，多为直流供电，高细分的步进电机可做到很小的步距角·缺点：开环控制丢脉冲影响精度，速度过小易出现低频振荡，速度过高输出转矩下降。常用于100rpm——300rpm间工作。执行机构——伺服电机直流有刷电机·定子为永磁铁，转子上是线圈绕组·单相电机，换向波形为方波

(梯形波)·机械换向——电刷及换向器·反馈：测速机或编码器执行机构——伺服电机直流有刷电机·优点：结构简单，价格便宜；力矩波动小，速度波动小(测速机反馈)，多用于速度稳定性要求高的场合。·缺点：需要定期维护(更换电刷)；换向火花；散热困难影响寿命；最大速度不易超过3000rpm。执行机构——伺服电机无刷电机·动子为永磁铁，电枢绕组在定子上。·三相电机，换向波形为三相正弦波。·电换向。HALL信号检测磁极位置。·编码器反馈。执行机构——伺服电机无刷电机执行机构(四肢)★执行运动控制器发出的控制信号，带动机械负载动作★步进电机、伺服电机、力矩电机、直线电机、直驱电机、音圈电机等力矩电机驱动机构功率放大运动控制器执行机构减速机构机械装置传动机构编码器光栅人机界面现场过程信号力矩电机力矩电机★可以提供低速、大转矩，取消了减速机构★低速稳定性好，力矩输出平稳，精度高，力矩波动小直线电机驱动机构功率放大运动控制器机械装置传动机构执行机构减速机构编码器光栅人机界面现场过程信号直线电机E-MOTION·直线电机可以看做将旋转电机沿径向剖开，然后将电机沿圆周展成直线·取消了机械传动装置·无机械误差，高精度·无运动滞后现象，高响应性及高刚度·不受传动机构惯量及阻力矩影响，速度快，加减速时间短·无机械摩擦，噪音低·散热性好直线电机直线电机★半导体芯片★DNA检测★印刷机构★磁悬浮列车音圈电机音圈电机★一种特殊的直线电机，精度达到0.5μ★加速度可达40g，高频往复运动★可以实现精确的力的控制★常用于按键检测，轮廓检测，芯片放置等地方驱动器★功率放大，将控制信号放大为控制电机运行的电压（电流）信号，PWM放大技术★保护电机，过热，过载，过电流，欠电压等★伺服闭环★控制三相电的通电顺序反馈设备★直接影响运动控制系统的精度★检测电机的位置、速度、电流及磁极位置★增量型编码器，绝对型编码器，旋转变压器，直线光栅，圆光栅转矩反馈位置指令PG位置反馈速度反馈转矩闭环速度闭环位置闭环++-積分增益位置回路增益+-+-速度回路增益伺服系统(三闭环反馈系统)ACR9000多轴运动控制器

-控制系统的指挥官什么是9000?9000是ACR9000的简称,是一款功能强大的独立式系统级别的多轴控制器,是一台运动控制计算机,是全球销量最大设计最优秀的开放式通用多轴运动控制器之一.9000是由Parker工业集团下属Acroloop公司设计并制造,其优秀的设计,强大的功能,高速高精度的控制特性,高品质高可靠性,3天的交货速度,使得其成为设备制造业的抢手货.

迎来独立式系统级别的多轴控制器9000

ACC-1ACC-2ACC-1P扩展板ACC-2P扩展板可以控制8轴的ACR9000

迎来独立式系统级别的多轴控制器9000

板卡级运动控制卡ACR9000独立式运动控制器稳定性受工控机的影响独立式，可脱离工控机工作，稳定性好裸露式结构，易受电磁干扰封闭式结构，抗干扰强扁平电缆连接，不易做屏蔽，通讯距离短屏蔽电缆连接，屏蔽性好，通讯距离长扁平电缆连接，抗冲击，震动差D型插头，良好的抗冲击震动性需购买额外的电缆，接线板，光隔离板，成本增加，且连线繁琐无需额外开支，接线简单系统体积大体积小巧独立式系统级别的多轴控制器9000ACR-9000的特点稳定，可靠的硬件结构直观、友善的调试开发界面（ACR-VIEW）强劲、多样的运动及插补功能针对不通应用领域提供的特殊功能强大的通讯能力，便捷地HMI开发方式灵活、简便的编程功能强大的计算能力及PID算法稳定、可靠的硬件结构9000的规格:2,4,6或8轴伺服和或步进控制先进的多任务处理器可同时实现24个程序的运行可实现8个轴任意组合的插补10/100Base-TEthernet/USB2.0/EthernetIP兼容/通过SSI支持绝对码盘(可同时进行)1MB闪存,用于保存用户程序和设置参数内置24VDC光隔离IO,可选CANopen用于IO扩展可选8路内置16位A/D120/240VAC供电输入稳定、可靠的硬件结构32位浮点运算DSP150MFLOPS64位轨迹及数学运算精度75MHz时钟频率1MB用户程序存储可选择电池背板来保存数据掉电不丢失2-,4-,6-,及8-轴models

每个轴都可配置为伺服/步进轴数字量输入(0–11)轴接口电源输入120/240VAC,单相高速数字量输入(24-31)数字量输出(32–35)轴状态指示灯额外的编码器接口（连接光栅或手轮）10/100以太网口（可连接4台以太网设备）USB口(12Mbps)RS232/485接口CANOpen接口运动使能输入ACR90004-axisCANOpen指示灯电源指示灯稳定、可靠的硬件结构稳定、可靠的硬件结构使能输入（EnableInput）可做运动急停使用,立即杀死所有运动5–24V光隔离输入需要外接供电阻止并杀死所有运动每个轴的运动停止，相应BIT位使能每个轴的电压输出为0V每个轴的脉冲输出被阻止稳定、可靠的硬件结构轴连接(26-pinD型插头)D型插头连接可靠，防冲击，震动性好，大量用于军工项目内部有5VDC信号用于编码器及使能I/O的供电

6.25MHz脉冲/方向输入（可配置为CW/CCW模式）16bit+/-10V模拟量输出（速度/转矩控制模式）

DriveI/O使能信号输出复位信号输出错误信号输入

DriveTalkTM

信号

(RS4852-wire)编码器输入积分型脉冲/方向

CW/CCWSSI(SynchronousSerialInterface)绝对值编码器稳定、可靠的硬件结构数字量I/O连接

25pinD型插头光电隔离

2,4轴12普通型数字量输入

8高速数字量输入

4数字量输出

6,8axes24普通型数字量输入

16高速数字量输入

8数字量输出需要24V外接电源稳定、可靠的硬件结构可选的模拟量输入16位在板模拟量输入8路单端或4路差分可监视现场传感器信号，也可以采集模拟量信号做伺服闭环用可实现主轴调速功能稳定、可靠的硬件结构PARKERPIO扩展模块化CANOpenI/O设计连接方便，可选择模拟量输入，输出，数字量输入，输出等多种信号类型扩展容易最多扩展512个数字量输入及512个数字量输出点最多32个模拟量输入及32个模拟量输出点最多4个节点模块易于接线不同的模块可以任意组合光电隔离导轨安装可快速拆卸紧凑化设计，经济性稳定、可靠的硬件结构ACR9000带InteractXtm,InteractXtm对ACR9000和PARKER的CTC人机界面整合是在以太网/IP中完成的。可以驱动PA,EPX,PS,HPC和HPX系列运动面板.支持点到点或网络化连接参数和BIT地址参照信息带有无限可使用标签的INTERACTXWindows人机界面突破性绘图技术易于人机界面开发的面板工具库稳定、可靠的硬件结构★独立式控制，独立供电，可脱机运行，稳定性不受PC机的影响抗干扰能力★控制信号及编码器信号均为差分信号，可有效抑制共模干扰★电机控制电缆为一根电缆线，不需要扩展转接板，易于屏蔽及实现单点接地★I/O为光隔离，既可以保护内部电路，又可以屏蔽高频噪声干扰★软件滤波算法，有效抑制串模干扰对Ethenet,USB,CANopen和串口连接的支持项目配置向导伺服调整工具内置示波器、分层图表和XY绘图构建文字程序编辑器梯形逻辑程序编辑器实时终端接口伺服环诊断工具完整的状态面板完整的帮助文件直观、友善的开发界面多种通讯方式的支持直观、友善的开发界面配置向导使项目的建立更为简易。。ACR-VIEW会将必要的参数设置好以备控制器随时进行对运动和代码的开发直观、友善的开发界面配置向导-PID参数快速调节图形显示轴伺服增益调整正向/负向运动调整直观、友善的开发界面设置导向中有一个易于使用的试运行装置，用来快速验证每一个轴的关键运动状况和硬件设置直观、友善的开发界面

直观、友善的开发界面文本程序编辑8个运动程序，8个非运动程序可同时运行标识符，关键字用不通颜色表示下载时对程序进行编译PLC程序编辑梯形图语句表可同时执行8个PLC直观、友善的开发界面可编辑的按钮直观、友善的开发界面设定被观察的变量直观、友善的开发界面参数监视面板直观、友善的开发界面通过该窗口可以观察到I/O合各标志位，限位等所处的状态。设定被观察的BIT位BIT位监视面板直观、友善的开发界面伺服环状态面板可以实时的监测轴运动时伺服环的状态，便于对伺服运动进行深入地分析。伺服环监视面板直观、友善的开发界面可以在一个屏幕上显示所有重要信息坐标系状态位

-

运动

-程序状态轴状态位

-错误信号

-限位信号参数状态

-位置参数

-速度参数

-轴信息通用面板直观、友善的开发界面监视功能示波器XY平台图标分析可以实现运动仿真功能图形监视功能灵活、简便的编程功能AcroBasic编程语言，非常类似于BASIC语言，可快速上手可自由定义局部变量（整型，实型变量及数组，字符串等）能够使用最多4096个实数型全局变量提供大量的简短ASCII码指令，均为所完成相应功能的英文缩写，方便记忆（如ACC,VEL,MOV,OPEN,PRINT,OPEN等）所有系统预设的P变量，BIT变量可以在程序中直接引用，无需重新定义可使用顺序结构，选择结构，循环结构，子程序，中断等流程控制灵活、简便的编程功能可以给所有变量（局部变量，全局变量，系统预设的P变量、BIT变量）指定别名，方便编程人员阅读提供丰富的数学运算函数（算术运算、逻辑运算、比较运算、三角函数、反三角函数、双曲函数等）大量字符串处理函数，便于与其他设备通讯PLC梯形图与语句表的任意切换PLC中调用计数器，计时器、BIT位锁存功能块灵活、简便的编程功能程序调试上可设置断点，或单步调试程序跟随模式用于跟随每条程序的执行在Terminal面板中监视程序的运行状况为程序添加注释强大的计算能力及PID算法强大的计算能力及PID算法除能调整PID参数外，可对速度前馈，加速度前馈参数进行调整可单独调整速度环增益通过设置参数，可以实现PID滤波算法，不完全微分算法、积分分离PID算法等通过ACR-VIEW提供的监视工具可快速调整PID参数在配置过程中快速调整PID参数通过点击一个按钮即可产生曲线强大的计算能力及PID算法强大、开放的PID算法精确的PID调节，可编写自己的PID运动程序，监视所有的参数强大的计算能力及PID算法通过伺服环面板监视伺服环的运行情况强大的计算能力及PID算法★PID计算时间（伺服更新周期）为25us/轴，PMAC为55us/轴★轨迹生成周期(插补周期)最快为200us基本运动ACR9000可产生4种类型的运动多轴联动增量的或绝对位移直线插补-MOV圆弧插补，正旋插补，正切插补等-CIRCW,CIRCCW,SINE,TARC轨迹值即为路径值单轴运动Jogging运动–JOG增量的，绝对式或连续式运动每个轴均有自己的轨迹点值可用于周期性运动电子齿轮(GEAR)电子凸轮(CAM)强劲、多样的运动及插补功能强劲、多样的运动及插补功能联动，JOG运动，电子齿轮，电子凸轮运动及丝杠补偿功能可以同时完成ACC750DEC750VEL75STP750‘absolutemoveXaxis25mmX25直线插补Move命令ACC,DEC,STP,andVEL设置的为坐标系向量，所有轴默认按直线插补运动如果只有一个轴运动,轴的VEL,ACC,STP与坐标系相同

强劲、多样的运动及插补功能ACC750DEC750VEL75STP750X25Y15‘absolutemoveX25mm&Y15mm直线插补Move命令所有轴默认为直线插补如果多个轴联合运动，各轴的速度将按目标点的位置自动由控制器计算分配各轴的速度为分配后的矢量速度

强劲、多样的运动及插补功能强劲、多样的运动及插补功能S型曲线

当JRK=0，每个电机轴将按照梯形曲线运动改变JRK的值，每个电机轴将按照S型曲线运动S曲线计算公式JRK=(ACC**2)/VEL强劲、多样的运动及插补功能无级调速

通过FOV指令，ACR9000能够实现运动过程中的实时调速功能，可以在电机允许的速度范围内任意调节速度。经用户测试，调速的最小精度可以达到1转/分强劲、多样的运动及插补功能找原点ACR9000预设了8种找原点方式，可通过对3个BIT位的设置进行选择

JOGHOME指令设置找原点方向

JOGHOMVF指令设置找原点速度找原点过程中碰到限位开关会自动反向，第二次碰到限位开关运动停止可以实现Z信号找原点可以编写自己的找原点程序_circle1RESXYVEL25X4

CIRCCWX(4,4)Y(4,2)X0CIRCCWX(0,0)Y(0,2)Y4CIRCWX(4,2)Y(4,4)

Y0CIRCWX(0,2)Y(0,0)GOTOcircle1强劲、多样的运动及插补功能圆弧插补只需指定圆心和终点坐标即可强劲、多样的运动及插补功能三次样条插补可以直接使用CAM软件生成的样条方程式无需再编写其他程序

强劲、多样的运动及插补功能NURBS插补非均匀有理B样条线可以直接使用CAM软件生成的样条方程式无需再编写其他程序强劲、多样的运动及插补功能3点弧插补只需设定起始点，终点，中间点即可实现3点弧插补强劲、多样的运动及插补功能切线运动插补OrientsThetaaxistouserselectedanglealonganyX-YpathWilldelaynextmovetoallowthetaaxistoorientExample:TANGZXYANG90强劲、多样的运动及插补功能电子齿轮强劲、多样的运动及插补功能电子齿轮多个轴可以按照不同的齿轮比跟随主轴运动跟随来源可以任意设定主轴可以为虚拟主轴可以在运动过程中实时调整齿轮比电子齿轮精度为小数点后十位，可以实现1个脉冲的变比可以通过外部信号触发电子齿轮功能强劲、多样的运动及插补功能分段电子凸轮强大灵活的电子凸轮功能无论点的密度如何，在点之间执行的是直线插补运动电子凸轮无需事先编译，它会在运动过程中实时改变可以用很少的点来建立凸轮轮廓，可以将凸轮点保存在一个数组中用多个点建立复杂的凸轮轮廓用很少的点建立简单的凸轮轮廓Segment19EntriestotalSegment2Notasdense,5Entriestotal.可以通过外部信号触发电子凸轮功能可以实现飞剪功能强劲、多样的运动及插补功能背隙和滚珠丝杠补偿当平台反向时会自动进行反向间隙补偿通过事先定义的滚珠丝杆补偿表执行丝杠补偿，与电子凸轮功能类似针对于不同领域的特殊功能时基控制可以在指定时间内完成规定的运动控制器自动计算在指定时间内完成运动所需要的速度.TMOV指令TMOV 为时基运动设定运动时间TMOVON 使能时基运动TMOVOFF 禁能时基运动运动的速度，加速度等参数不会大于所设置的速度，加速度如果时间指定的太短，运动不能在规定的时间内完成，系统将通过一个BIT位告知用户针对于不同领域的特殊功能旋转轴控制设置轴为旋转轴控制器会自动选择最短的路径到达目标位置最短路径模式ROTARY{axis{lengthinunits}}Example: ROTARYX360PPUX(4000/360)RESXEXCX90VEL360ACC3600DEC3600STP3600X10X195X0InthisexamplesetPPUX(4000/360)otherwisewehavesettheRotarylengthto360revs设置旋转轴参数为0.0将关闭旋转轴功能针对于不同领域的特殊功能硬件位置捕捉高速的可中断运动，可以由外部信号触发，中断当前的运动，执行新的运动ACR9000支持13个中断源 HSINTaxis(mode,target,incmove{,window{,wstart{,abortbit}}}){CAPcapture_register}Example:HSINTX/(2,100,75,10,20,9)CAP0Intcapmode2(RisingPrimaryExternal,Input24)100unitmovelookingforinput75unitregmove10unitwindowstartingafter20unitsintothemoveMoveabortedbyinput9StorepositioncapturedinCaptureregister0(P12292)针对于不同领域的特殊功能数据采集AD在某些应用中，我们需要将现场信号采集并保存起来支持8路采样通道可设置采样频率及触发位将采样值保存在一个数组中针对于不同领域的特殊功能9000的功能详解—DRIVETALK通过DRIVETALK，ACR9000可以获取Aries驱动器的所有参数，如电流，温度，相位信息，及错误信息等PID参数的自动设定RS-485接口，可以连接RS-485设备控制器可以工作于盘路模式，上位机可以直接通过该接口与485设备通讯DriveTalkTM针对于不同领域的特殊功能9000的功能详解—多轴同步MultipleMastersynchronizing即使不在一个坐标系下的轴也可以同步运动不同的轴可以使用不同的运动轨迹针对于不同领域的特殊功能龙门架歪斜补偿,保护两个轴的运动必须完全一致，否则将对机械结构造成损害将两个轴锁定在一起，只对一个轴发命令即可针对于不同领域的特殊功能Lookahead前瞻功能对接下来的运动事先进行分析，处理非常适用于处理小线段的应用针对于不同领域的特殊功能针对于机器人行业的反向运动学功能Non-linearmechanicalsystemcontrolAllowsprogrammingincartesiancoordinatesforsystemUsefulforroboticarms针对于不同领域的特殊功能9000的功能详解—密码保护功能可给程序设置密码，保护我们的程序不被其他人修改别人无法查看，上载已经设置好密码的程序强大的通讯能力，便捷地HMI开发方式

a.以太网接口:10,100MBits/sb.USB:12MBits/sc.CANopen:1MBits/sd.RS232/RS485:19.2KBits/s带有双端口RAM的ACR9000,通讯速度翻倍增长.多样的通讯接口ACR