单轴电机运动控制实验

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1、单轴电机运动控制实验实验报告1实验目的理解运动控制系统加、减速控制的基本原理及其常见实现方式（T曲线模式、S曲线模 式），理解电子齿轮的相关概念和应用范围，掌握实现单轴运动各种运动模式的方法和设置 参数的含义。2基础知识2.1加减速控制加、减速控制是运动控制系统插补器的重要组成部分，是运动控制系统开发的关键技术 之一。常见的加、减速控制方式有直线加减速（T曲线加减速）、三角函数加减速、指数加减速、S曲线加减速等。其中，在运动控制器中应用最广泛的为直线加减速和S曲线加减速算 法。1、直线加减速（T曲线加减速）算法如图6-1所示，当前指令进给速度V i+1大于前一指令进给速度Vi时，处于加速阶段。

2、 瞬时速度计算如下：Vi+1=Vi+aT式中，a为加速度；T为插补周期。此时系统以新的瞬时速 度V i+1进行插补计算，得到该周期的进给量，对各坐标轴进行分配。这是一个迭代过程,H bUT同理，处于减速阶段时：V-W-aT。此时系统以新的瞬时速度进行插补计算，这个过 程一直进行到新的稳定速度为零为止。这种算法的优点是算法简单，占用机时少，响应快，效率高。但其缺点也很明显，从图1中可以看出，在加减速阶段的起点A、C,终点B、D处加速度有突变，运动存在柔性冲 击。另外，速度的过渡不够平滑，运动精度低。因此，这种加减速方法一般用于起停、 进退刀等辅助运动中2、S曲线加减速算法S曲线加减速的称谓是由系

3、统在加减速阶段的速度曲线形状呈S形而得来的，采用降速 与升速对称的曲线来实现升降速控制。邂加幕加械遠F讎連以下给出S曲线加减速的插补递推公式，在此处设插补周期为T,则在第i个插补周期 结束时，位移为Si =Si i+Vi_iT+ 2 街+ 石 JT丄“丄.、苗亡 i &卜宁 1 J I 、苗亡Vf_i- 2 Hi I加速度为：速度为：-上述递推公式中J是分区适应的，即：* J j t eTx U T7j二 Y0, T Tg UT4U Tg J j t ET3 u T5插补时只需判断当前插补周期所在区间，即可按插补迭代公式计算出与速度规划适应的 位移增量，从而实现其加减速。s型加减速在任何一点的

4、加速度都是连续变化的，从而避免了柔性冲击，速度的平滑性 很好，运动精度高。但是算法较复杂，一般用于高速、高精度加工中。3实验设备XY平台一套GT-400-SV卡或GT-400-SG卡一块（由实验平台类型决定）PC机一台4实验步骤当采用步进平台进行下列实验时，应注意电机加速度和速度值不宜设置过大，否 则有可能由于步进电机启动频率过高，导致失步。1. 检查实验平台电气是否正常；2. 确认正常后，按下电控箱上“系统上电”按钮，使实验平台上电；3. 双击桌面“ Mo to rCon trolBench.exe”图标，打开运动控制平台实验软件，点 击界面下方按钮，进入单轴运动控制实验界面；4. 在电机选

5、择栏中，选择“1轴”为当前轴，电机控制模式栏将根据实际电机的配置 情况自动设置，“脉冲量”表示控制信号为脉冲信号，“模拟电压”表示控制信号为 模拟电压；5. 在控制模式选项卡中点击“S曲线模式”，设置S曲线模式参数； 参考设置如下图所示：*曲线模式T曲线模式速度吗力咖速度0.0001Pls/STA3加速度U.03Pls/SK2速度Pls/ST目标位置60000pulse6. 将采集数据类型设置为规划值；7点击 按钮，使电机伺服上电；&确认参数设置无误后，点击按钮，此时将观察到运动控制平台上电机 开始运动；9. 单轴运动停止后，观察界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲线，结合 基础知识中

6、的内容理解并分析S曲线运动模式的特点；10. 运动完成后，将图形数据保存（具体操作方法见软件使用说明书）；11. 在教师指导下，合理改变加加速度和加速度参数值，运行电机。观察并分析不同参 数设置对S曲线运动模式的影响；12. 保持其他设置不变，在控制模式选项卡中点击“T曲线模式”，进入T曲线运动模 式，设置T曲线模式；T曲线运动模式的运动参数参考设置如下图所示。占曲线模式T曲线模式速度域#加速度:.；.01Pls/S7A2速度:0Pls/ST吕标位置：60G00 Pls13. 确认参数设置无误后，点击按钮，单轴开始以T曲线模式运动；14. 单轴运动停止后，观察左侧显示区中电机运行速度、加速度及

7、位移曲线；结合基础 知识中的内容理解并分析T曲线运动模式的特点；15. 在教师指导下，分别改变加速度和速度值，运行电机。观察并分析不同参数对T曲线模式运行的影响；16. 运动完成后，将图形数据保存（具体操作方法见软件使用说明书）;5实验结果由计算机模拟的曲线如下图：固高运动控制实鲨软件30000-400002.01.81.6速度一时间曲线图0.6 0.8 1.0 1.2时间（秒）o o O o O o O o O/-2(!.盜回-2-4-6-S1.4时间（&）1.81.61.4加速度一时间曲线图电机选择忡i轴r ?轴r $轴r q轴电机控制模式：|模拟电压3T曲线模式速度模式电子齿轮匕1上加速

8、度：|o. 02Pls/ST速 度：Pls/STPID参数设置一Kp: 3 Ki |0 Kd: 10-数据采集设置一席规划値r实际值 r全部 采样周期：io V毫秒 厂在图形中显示误差0 5 0 .1.0*O.O.O. Gvlsaisul赵變 ar0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.8时间（秒）数据圏形显示一 添加数据显示| 删除数据显寻保存当前数据显示数据信息就绪流伺眼电机二维插卷实脸G代码实脸反向闾隙实脸系统買试后一页|参数设置数字rd Hf固高运动控制实验.勁新建 Microsoft W.ES祐稠 9:09位移一时间曲线图0.40.60.81.01.21.41.61

9、.82.0时间（秒）速度一时间曲线图电机选择一i轴 R 2轴 r令轴r q轴0.60.8 1.0 1.2 时间（秒） 加速度一时间曲线图1.41.6iS/as三d)皱變O.O.Q-O.dvls/as三d)披虻nr流伺眼电机0.60.81.01.21.4时间（秒）二维插补实验G代码实脸反向闾隙实验系统罔试电机控制模式：|模拟电压VS曲线模式| T曲线模式I速度模弍土 加加速度|i：i. i：ii：ii：ilPls/ST3加速度匪Pls/ST速度5Pls/ST目标位蚩30000= pulse-PID参数设置一Kp: 3 Ki 0 Kd: 10 禺据采集设蚩席规划値r实际值 r全部 采样周期：|io

10、 J毫秒 厂在图形中显示误差数据图形显示一 添加数据显示|删除叛据显示通用控制一开启轴关闭轴保存当前数据显示數据信遇后一页 |停止参数设置1就绪数字；：开始令直4石固高运动控制实验电| 新建 Microsoft W.（ J单轴电机实6.电子齿轮模式运行实验1. 在打开的运动平台演示软件中，点击界面下方按钮，进入实验界面；2. 在电机选择栏中，选择“1轴”为当前轴，此轴将自动设置为电子齿轮中的从动轴；3. 在控制模式选项卡中点击“电子齿轮模式”，设置电子齿轮模式参数；参考设置如图中所示：其中，从动轴号无须设置，它将根据电机选择中设定的当前轴号，自 动更新。参数设置完毕，点击“确定”，将设置的参数

11、刷新；4. 在电机选择栏中，选择电子齿轮中设置的主动轴“2轴”为当前轴 实验结果如固高运动控制实鲨软件位移一时间曲线图(as三d)迪罩0.40.60.81.01.21.41.61.82.0时间C秒）速度一时间曲线图电机控制模式：|模拟电压S曲钱模式T曲劇式丨速度妣 加加速度速度加速度目标位置Pls/STPls/ST2Pls/STpulse0.61.41.6tls/9s_a強變p id参数设置Kp: 3 Ki 0 Kd: 10敛据采集设置e规划值r实际值 r全部(Fls/as三d)披變or0.8 1.0 1.2时间（秒）加速度一时间曲线图采样周期：To 3毫秒厂左图形中显示误差数据图形显示添加敛

12、据显示|删除数据显示通用控制一开启轴保存当前数据显示数据信息后一页 I运行关闭轴停止0.60.81.01.21.41.61.8时冋（秒）开始 S石固高运动控制实验.新建 Hicrosoft W.固高运动控制实螫软件位移一时间曲线图0.40.60.81.01.21.41.61.82.0时间（秒）速度一时间曲线图0.60.8 1.0 1.2 时间（秒） 加速度一时间曲线图1.41.6iS/as三d)皱變电机选择广1轴 a 2轴 r 3轴r 4轴电机控制模式”|模拟电压VS曲线模式| T曲线模式速度模比丄L 加加速度|0, 0001Pls/ST3加速度匪Pls/ST速度5Pls/ST目标位蚩3000

13、0= pulse-PID参数设置一Kp: 3 Ki 0 Kd: 10 禺据采集设蚩席规划値r实际值 r全部 采样周期：|io J毫秒 厂在图形中显示误差数据图形显示一添加数据显示I保存当前数据0.0.Q-0.dvls/as三d)披虻nr时间（秒）前一页后一页 1清屏全咅B诵用控制一开启轴1“SW“1关闭轴停止18%删除数据显示显示数据信息益伺眼电机*二维插补实验G代码实脸1反向闾隙实验1系统罔试参数设置就绪固高运动控制实鲨软件位移一时间曲线图s=s密回时间C秒）电机选择a i轴厂2轴 r令轴 r q轴电机控制模式：|模拟电压V速度一时间曲线图iS/as三d)皱變0.20.40.60.81.01

14、.21.41.61.8时间（秒）S曲线模式| T曲线模式I速度模弍土 加加速度|i：i. i：ii：ii：ilPls/ST3加速度匪Pls/ST速度5Pls/ST目标位蚩30000= pulse-PID参数设置一Kp: 3 Ki 0 Kd: 10 禺据采集设蚩席规划値r实际值 r全部 采样周期：|io J毫秒 厂在图形中显示误差加速度一时间曲线图0.0.Q-0.dvls/as三d)披矿昌数据图形显示一添加数据显示|删除数据业前一页|清屏保存当前数据显示數据信遇后一页 |通用控制开启轴f“运行“1关闭轴停止始存固高运动控制实验巧I新建Microsoft W.9:176结果分析:1比较并分析S曲线

15、模式和T曲线模式下，速度和加速度曲线的异同，理解S曲线 和T曲线加减速的应用范围。答:T曲线是较为简单的匀加速直线运动-匀速-匀减速直线运动的典型案例，但由于在匀加速 进入匀速的瞬间，加速度存在突变，所以存在柔性冲击，在匀速到匀减速的瞬间也是，所以 T曲线只能用于较为简单，精度要求较低的场所相反，S曲线由于不存在柔性冲击，所以S型曲线的应用更广2.根据实验现象，分析速度控制模式的特点和应用场合；交流伺服电机有3种控制模式，包括:位置模式、速度模式和转矩模式,位置控制模式下需要 使用上位机来进行上位运算及控制，运算量较大;速度和转矩模式下运算量较小，可以脱离上 位机，只利用伺服驱动器来进行模拟量控制。所以，实现伺服电机的速度，一般采用速度控制 模式