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南京全控推薦的六自由度運動平臺控制方案選擇
發布時間:2021-06-08 11:22

亚愽体育app下载   為了保證在運動過程中的穩定性和不發生破壞現象,六自由度平臺的六個伺服電動缸必須做到協調一致的動作。考慮到多軸的同步、協調運動、運動機構的實際應用環境以及六自由度并聯平臺是一種高度耦合的系統,其運動控制相對復雜。

  六自由度運動平臺的運動控制系統選擇有多種形式,根據不同行業的應用,選擇不同的運動控制方案和策略。根據具體項目的預算,以及動態響應性能和精度的要求,來選擇相應的控制系統及實現方案。

  南京全控主要推薦以下兩種控制方案選擇:

  第一種方案:

  考慮到并聯六自由度控制策略實施的方便和現代計算機的計算速度、造價等問題。采用工控機(IPC)+多軸運動控制卡的形式。

工控機(IPC)+多軸運動控制卡

亚愽体育app下载   多軸運動控制卡是一種總線形式的板卡,它具有良好的開放性、可靠性和抗干擾性,可通過VC、VB等高級控制語言實現其控制功能。在六自由度運動平臺系統設計的相關研究中,多軸運動控制卡的應用較多,其價格相對較低,且能夠安裝在工控機的卡槽上,無須再添加控制器就可以與外部信號處理電路進行通信,這種一體化的設計避免了硬件結構的冗余繁雜。

  從軟件編程的角度來說,運動控制卡的靈活性較強,只需給用戶提供底層驅動和編程代碼,用戶可根據自己的軟件開發能力和個性需求做出各種相應的的界面和功能。

  在硬件方面,作為完成控制系統的一個部件,要實現控制功能,還需其他輔助部件,如PC、指令設備、傳動裝置等。通常運動控制卡需要一個載體,一個基于工控CPU的系統運行平臺。除了板卡本身,還需配合工控機、高精度定時時鐘和I/O 接口和相應的隔離、差分電路,因此硬件電路的連接和調試過程較為復雜。

亚愽体育app下载   在軟件方面,通常需要確保工控機上有一個實時進程,來運行實時控制算法,來提高系統的響應速度,避免產生滯后。但這種實時系統能夠提供的定時時鐘頻率較低,不能滿足系統要求;而如果首先保證系統的實時性,系統的開放性又會相應地降低,因此這種控制方案存在一定的局限性。

  六自由度運動平臺的控制采用計算機集中控制方式,由一臺IPC完成各電動伺服缸位置指令值的計算,并對并聯六自由度平臺的六根電動缸位移和速度進行監控。多軸運動控制卡通過PCI插槽與PC機相連接,并完成6個電動伺服缸的位移閉環控制,因采控制系統的改變比較靈活,只需要重新編程,就可以更換一種算法。因此,可以根據需要在計算機上實現比較復雜的補償和控制算法。

  第二種方案:

  隨著計算機技術、電子技術和網絡通信技術的進步,機器人運動控制技術取得了突破性發展,以太網總線技術在運動控制領域的應用日趨廣泛。特別是近年來,隨著具有顯著開放式特征的運動控制系統與開放式工業以太網總線的技術融合,伺服運動控制系統向可靠性更高、速度更快、精度更高、穩定性更好的方向發展。

以太網加運動控制器

  考慮到運動平臺的結構和配置形式,并結合計算機的控制策略,以及高動態響應的需求,用戶需要一種開放式結構的控制系統,通過自行開發的控制軟件來完成六自由度運動平臺的運動控制要求,因此需要提供強大的運動控制功能作為保障。采用工控機(IPC)或人機界面(HMI)+運動控制器的形式。

亚愽体育app下载   運動控制器是一種高度集成化的專用運動專用控制設備。它能夠將一些通用的運動控制功能固化在其中,用戶可以隨時對這些功能塊或指令進行組態和調用,這樣降低了編程的難度,在提高控制性能的同時,降低了過多附帶硬件和功能模塊所需的成本。與多軸運動控制卡相比,控制器更偏向于集成化,它應該是一個完整的、獨立的硬件平臺。但是控制器軟件的程序寫入,大部分是在控制器內部,利用其自身固有的編程方式寫程序,或者靠上位計算機發送控制信號來執行下面的命令。也就是說,控制器大多帶有相匹配的控制軟件。

亚愽体育app下载   PAC控制器是一種融合了傳統的PLC和IPC的優點,具有獨特理念的模塊化控制裝置。即嵌入式PC的開放式結構控制系統, 控制器采用帶有Inter芯片,是一款強大的CPU,采用嵌入式實時多任務操作系統,任務循環周期最快可達到微秒級別,附加IO處理器,附帶接口模塊擴展插槽,可移動存儲CompactFlash卡,且設備層網絡采用實時以太網,可以實現非常高的實時控制。專門應用于循環周期非常短的項目,能夠處理大量數據,浮點型運算。

  運動控制器是上位機PC端用戶到伺服運動機構的橋梁,通過運動控制器的運動控制,將上位機的控制命令、運動規劃等在執行機構上實現。采用PAC控制器,用于對高精度調整機構的實時、精確控制。運動控制器通過對六臺伺服驅動器進行控制,實現平臺的六自由度運動。實現了并聯機構的正反解算法,并將其集成到運動控制器中。

亚愽体育app下载   采用穩定可靠、通信速率高、受干擾率低、網絡速度快為特點的工業以太網搭建運動控制總線網絡完成運動控制系統的設計。針對運動控制器需要實現的具體功能以及控制系統的實際構成情況,采用“PAC+工業以太網”技術的設計方案。控制系統采用“上位機+PAC控制器”的控制形式。整個運動控制系統由上位機、PAC控制器、伺服驅動器、電動缸、機械機構、傳感器等組成。

  上位機軟件負責按要求對機構的運動進行軌跡規劃,并將各種控制命令通過以太網通訊接口下發給PAC控制器;運動控制器對收到的控制命令進行命令解析、狀態獲取、機構運動學模型解算算法及控制算法處理等。根據具體命令執行相應操作。運動控制器經過反解算法解算,將上位機發來的位姿信息轉換成每個電動缸的位置信息;再根據控制器獲取的電機絕對編碼器值,以及磁致伸縮位移傳感器測得的電動缸伸縮量等信息,應用相應的控制算法,得到具體的控制量;通通過工業以太網總線發送運動控制命令給伺服驅動器,實現并聯機構的精確運動。同時,運動控制器可以通過工業以太網獲取到各個驅動器的當前狀態、運動信息及相關數據,通過正解算法得到機構的實時姿態,并將這些信息通過以太網反饋給上位機。控制系統具體構成如下圖所示。

 

  以上是南京全控為您推薦常見的兩種六自由度運動平臺控制方案,如果您有更詳細的需求,可以聯系我們定制六自由度運動平臺解決方案。

關鍵詞: 六自由度平臺,控制方案
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