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數控機床硬件設計

1.運動控制卡

運動控制卡是一種上位控制單元,可以控制伺服電機,是基于PC總線,利用高性能微處理器(如DSP)及大規?删幊唐骷䦟崿F多個伺服電機的多軸協調控制的一種高性能的步進/伺服電機運動控制卡包括脈沖輸出、脈沖計數、數字輸入、數字輸出、D/A輸出等功能,它可以發出連續的、高頻率的脈沖串,通過改變發出脈沖的頻率來控制電機的速度,改變發出脈沖的數量來控制電機的位置,它的脈沖輸出模式包括脈沖/方向、脈沖/脈沖方式。脈沖計數可用于編碼器的位置反饋,提供機器準確的位置,糾正傳動過程中產生的誤差。數字輸入/輸出點可用于語限位、原點開關等。產品廣泛應用于工業自動化控制領域中需要精確定位、定長的位置控制系統和基于PC的NC控制系統。具體就是將實現運動控制的底層軟件和硬件集成在一起,使其具有伺服電機控制所需的各種速度、位置控制功能。這些功能能通過計算機方便地調用。

運動控制卡不僅要發送脈沖給電機驅動器,同時接受伺服電機編碼器反饋的脈沖數,還接受光柵尺反饋信號,進而控制伺服電機的轉速。伺服驅動器既要與運動控制卡有數據線連接,其本身還要連接插座電源。

如果你的運動控制卡時比較好的卡,伺服刷新率可以達到要求,可以把編碼器反饋直接接到運動控制卡,形成一個整體的閉環。若對對精度有很高的要求可以用雙閉環,運動控制卡就是根據要求x-y平臺運行的位置,控制電機運動到準確的位置。

2.PC總線

現有的放開式數控系統實現方案主要采用PC機和數控系統結合的方法,PC機作為上位機實現較為復雜的網絡通信,人機交互等功能,數控系統作為下位機將上位機輸入的運行參數經過處理交給執行部件執行,同時將檢測系統的反饋信息上傳給上位機實現實時監控,各個模塊之間協調工作互不干擾,給系統升級帶來了方便。

放開式系統動態控制器的核心是DSP,它具有運算速度快,支持復雜運動算法的特點,可以滿足高精度運動控制的要求,因此,以DSP為核心的多軸動態控制卡越來越廣泛地應用在運動控制系統中,將多軸動態控制卡插在PC機擴展槽上,就可以組成高精度運動控制系統,位置反饋信號的采集、閉環控制計算及控制量的輸出均由動態控制卡完成,極大的提高了運算速度和控制響應速度,將工控機的資源從煩瑣的數據采集和計算中解決出來,從而可以更好的實施整個控制系統的管理。

3.驅動器

伺服驅動器是用來控制伺服電機的一種控制器,其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達。目前主流的伺服驅動器均采用數字信號處理器(DSP)作為控制核心,可以實現比較復雜的控制算法,事項數字化、網絡化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設計的驅動電路,IPM內部集成了驅動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主回路中還加入軟啟動電路,以減小啟動過程對驅動器的沖擊。功率驅動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流,得到相應的直流電。經過整流好的三相電或市電,再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅動三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元(AC-DC)主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。

伺服驅動器一般可以采用位置、速度和力矩三種控制方式,主要應用于高精度的定位系統,目前是傳動技術的高端。編碼器(encoder)是將信號或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。

驅動器是一個驅動放大元件,只是把上位機(如運動控制卡)發來的一些信號進行放大,以致使電機可以運轉起來。MAC系列運動控制卡是基于總線的電機運動控制卡。采用專用控制芯片為核心器件,輸入輸出信號均為光電隔離,可與各種類型的步進電機驅動器連接,驅動步進電機,構成高精度位置控制系統或調速系統?膳cPC機構成主從式控制結構:PC機負責人機界面的管理和其它管理工作;而控制卡負責運動控制方面的所有細節。用戶通過我們提供的動態鏈接庫可方便快速的開發出自己需要的運動控制功能。圖1所示為伺服驅動器結構圖。

圖1 伺服驅動器結構圖

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