基于X20CP3484的电子齿轮伺服系统研究折射计

2022-11-09

基于X20CP3484的电子齿轮伺服系统研究

基于X20CP3484的电子齿轮伺服系统研究 2012 在传统的机械齿轮系统中，常出现由于机械制造与安装不准确而产生的一些问题，比如噪声大、耗能高、使用寿命短等。在对传统伺服系统改造的过程中，利用电子齿轮取代使用效果欠佳、结构繁琐的机械齿轮系统正成为一种新趋势。电子齿轮技术是一种无轴传动技术，它不需要通过高精度的齿轮箱传递力矩，也不需要齿轮箱的润滑系统，设计者可以比较容易地按照要求实现运动对象之间的同步关系，不仅可以提高运动系统的同步协调性，而且可以最大限度地降低成本。1 伺服系统结构及电子齿轮原理交流伺服系统主要由伺服控制单元、功率驱动单元、通信接口单元、伺服电机及相应的反馈检测器件组成。其中，伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等。交流伺服系统具有位置控制的功能，上位控制机通过向伺服控制单元发出位置指令脉冲求指明电机运行的位移和方向。当指令脉冲单位与位置反馈脉冲当量二者不一致时，就可使用电子齿轮使二者完全匹配。图l是具有电子齿轮功能的伺服控制环结构图，电子齿轮可随意决定一个输入脉冲所相当的电机位移量，发出指令脉冲的上位控制装置无须关注机械减速比和编码器脉冲数就可以进行控制。

伺服电机的输出精度直接影响应用系统的运行精度，是电子齿轮控制系统的执行机构。其主要功能是完成电脉冲信号到相府的角位移的转变，对应于每一个电脉冲信号，电机将会转过一个同定的角度，对伺服电机可以进行精确调速是因为伺服电机的角位移与输入脉冲严格对府成比例，进而调整主控制器发出的电脉冲频率。将电机轴和负载轴的减速比设为n/m(即：电机旋转m圈，负载轴旋转n圈)，则电子齿轮比k可表示为：式中，a／b既是电子齿轮比也常称为指令脉冲的倍频系数，其值通常应小于l00。a与b的值可分开自由设置，但其设置范围通常为大于l小于65535之间的整数。2 系统硬件本文中的电子齿轮交流伺服系统是在贝加莱实验平台上搭建完成的，其核心部件主要由三部分构成，即X20CP3484控制器、ACOPOS伺服驱动器8V1010.50-2、永磁同步伺服电机8LSA23。分别将其性能介绍如下：2.1 X20 CP3484控制器

CP3484是X20系统最小型的一款CeleronCPU，最短循环周期可达800μs，但具有其他较大型CPU的基本特征。它带有Ethernet和USB接口，以及实时以太网POWERLINK Vl/V2。此外，还为其他接口模块提供三个多功能插槽。2.2 ACOPOS伺服驱动器8V1010.50-2 单相伺服驱动器8V1010.50-2属ACOPOS伺服驱动系列，扫捕时间非常短且通信循环周期仅400μs，控制循环仅50μs。具有模块化，高精确性和超强通信能力等特点，具有必要的I／O点数，提供2个触发式输入可进一步配置ACOPOS伺服驱动，使用插入模块满足特定的府用需求。此外，控制器和驱动集成的CPU模块可用于基于驱动的自动化。其中，PLC open运动控制模块提供了丰富的编程语苦，可缩短开发周期。ACOPOS伺服驱动器可将速度，加速度，振动等运动信息和影响反馈到AS集成的示波器中，实时榆测驱动，并利用多触发水分析操作过程中的运动情况。AS集成的强大工具如电子齿轮可以将复杂的耦合运动编程简化为简单的拖放式步骤。2.3 永磁同步伺服电机8LSA23 在本设计中，模型运动规律的模拟是依靠两个伺服电机求实现的。在贝加莱PCC交流伺服系统中，使用的三相同步电机8LSA23。该类型电机将所有相关机械和电子的数据及信息存储于编码器中，用户无需做任伺设置，上电时，电机就自动破识别。电机将额定参数和极限参数传送全伺服驱动，驱动自动选择控制电机的最佳极限值和控制参数，用户只需负责优化速度和现场控制器的位置。3 系统软件 PCC伺服运动控制系统(ACOPOS SERVO)采用了面向对象型的控制方式，可使用高级语言在AS(Automation Studio)软件开发环境中对程序进行编写。在针对一个伺服控制器创建了一个运动对象(Axis Object)后，就可以利用创建的指针完成对电机不同的运动控制。伺服系统在对主轴进行运动控制时，通过电子齿轮的作用，从轴也破带动从而作出相应速度比例的转动。伺服系统的运行程序由启动、主轴运动和从轴运动三部分构成。启动部分包括系统的启动、关闭以及以主从连接为中心的任务控制器等，其工作流程如图2所示。

在主轴运动程序中，系统先进行初始化处理，初始化过程主要包括：指令包含随明、变量声明、常量赋值、轴指针设定、数据类型及版本信息的判定。初始化后，程序逐步进行轴状态读取、结构类型版本信息报错、轴状态柃奋等，直至结束。其具体流程如图3所示。从轴运动程序与主轴运动程序相似，只是增加了一个对主从曲线关系的调用过程。

4 实验结果通过AS软件开发环境中集成的诊断调试窗口“watch”可以得到伺服系统运动实时数据的轨迹跟踪，如图4和如图5。选择的跟踪变量有：主轴的动态位置(Basic．ActPosition)；从轴的动态位置(Slave．ActPosition)；主轴的动态速度(Basic．ActVectory)；从轴的动态速度(Slave．ActVectory)；图4是主轴速度设置为250时，主从轴的速度和位置跟踪曲线。根据电子齿轮比l：4，从轴速度就应该是1000。

图5是主轴速度设置为l000时，主从轴的速度和位置跟踪曲线。根据电子齿轮比4：1，则从轴的速度就府陔是250。从实验结果求看，实际值与理论值完全符合，伺服系统准确地实现了电子齿轮的功能。

5 结论本文在贝加莱实验平台上搭建丁含有电子齿轮功能的伺服系统，在automation snldi0软件开发环境中对伺服系统进行配置，编程，对两个交流伺服电机进行控制。通过AS中的watch窗口，对两个电机的运行状况进行跟踪，实验曲线表明该伺服系统实现丁电子齿轮的功能和设计精度。

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