精密转台交流伺服控制系统设计

第6期(总第157期)
2009年12月机械工程与自动化
M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G &　AU TOM A T I ON N o 16
D ec 1
文章编号:167226413(2009)0620132202
精密转台交流伺服控制系统设计
刘　彬
(太原工业学院电气工程系,山西　太原　030008)
摘要:精密转台常用于工业CT 等无损检测控制中,本伺服控制系统采用全数字控制方式,实现了步长从011o 至360o 自由设定的正、反方向可调速旋转,定位精度可达0105o 。

该系统以可编程控制器为主控制器,结合安川伺服控制器实现了电流、速度、位置3层闭环的高精度伺服转台控制,其抗干扰能力强、响应速度快、定位精度高,为在工业中使用可编程控制器实现高精度伺服控制提供了一定的参考。

关键词:无损检测;精密转台;交流伺服控制;PL C 中图分类号:T P 273∶TM 921154+1 文献标识码:A
收稿日期:2009204223;修回日期:2009206220作者简介:刘彬(19752),男,山西五台人,讲师,硕士。

0　引言
随着计算机技术、数字控制技术及矢量算法等的广泛应用,精密转台的控制已从传统的直流伺服电机控制、步进电机控制转而向交流伺服电机控制方向发展。

交流伺服系统的宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能,使其动、静态特性得到了极大的提高。

本文设计的精密转台交流伺服控制系统,精度可达0105o ,能够实现步长从011o 至360o 自由设定的任意方向可调速旋转。

其响应速度快、重复精度高,可应用于无损检测系统中实现计算机的断层扫描。

1　精密转台伺服控制系统结构及硬件设计
鉴于一般无损检测均处于较强的电磁干扰中,且环境恶劣,本控制系统的主控制器采用抗干扰能力强、逻辑控制功能突出的可编程控制器。

为达到高精度控制,选择了安川SGDM 型伺服控制器配合安川SG M PH -01AAALA 8B 伺服电机,还选用了无刷无
槽伺服电机直接驱动型ABR T 超精密转台。

111　精密转台伺服控制系统的结构
图1为精密转台伺服控制系统构成。

伺服控制器与伺服电机一起构成了由电流环、速度环、位置环组成的3层闭环位置控制系统。

电流环为系统内部环,响应快速;速度环采用P I 控制模式,位置环采用比例控制模式,速度环与位置环采集编码器反馈信息。

西门子S 7-200PL C 通过Q 010高速脉冲输出端口向伺服控制器发送位置指令脉冲,其最高频率可达20kH z ,且采用多管线PTO 模式,可实现启动、停止的平稳转换。

电机自带编码器为16位的绝对值编码器,驱动器每接受216个脉冲,电机旋转1
周,其脉冲当量为1918″,可以保证旋转精度达到0105o (需用近9个脉冲)。

伺服控制器内部设有可在1～65535范围内任意设置的电子齿轮,可对PL C 发送的高速脉冲和编码器反馈的脉冲数进行匹配,以方便脉冲设定,提高系统的重复精度。

图1　精密转台伺服控制系统构成
112　精密转台伺服控制系统硬件设计
伺服控制单元采用安川SGDM 型伺服控制器,能够直接接收PL C 传来的高速脉冲信号,其主电路接线
见图2,包括主电路电源接线及启停控制。

伺服电机采用自带光电码盘作为位置、速度反馈装置。

J 30为伺服控制器报警输出,即一旦报警则伺服控制部分和主电
源都要立即断电。

图2　伺服控制器主电路接线图
2　精密转台控制系统程序设计
精密转台的运行主要是通过PL C 向伺服控制器发送一定数量的可调频率的高速脉冲来实现的。

其控制流程见图3。

PL C 的高速脉冲指令为PL S 指令,输出分为PTO 方式和PWM 方式。

PTO 方式用于输出占空比为1∶1的方波,可以通过控制字的设置设定脉冲周期、输出的脉冲数量以及加减速的增速,周期的增量单位可以设为微秒(Λs )或毫秒(m s ),周期变化范围可设为50Λs ～65535Λs 和2m s ～65535m s 。

可通过改变控制字方便地调整伺服电机的运行或加减速速度。

本文中S M B 67寄存器设置为16进制数A 5,表示将高速脉冲输出的启动及结束频率设置为2kH z ,最大脉冲频率设置为20kH z ,且使用多管线PTO 方式。

通过设置S MW 168将包络表起始地址定在VB 300。

PL C 发送高速脉冲采用微秒级的PTO 多管线方式,能够保证转台平稳启动和停止,不会出现失步或无法启动现象。

控制程序如下:
N etwo rk 1
LD S M 0.0R Q 1.6,1N etwo rk 2LD S M 0.0
M OVB
16#A 5,S M B 67M OVW +300,S MW 168CALL SETBAOLUO %包络表设置子程序A TCH PUL SEBR EA K ,19 %脉冲输出完成中断程序连接
PL S
0 %在端口Q 0.0输出高速脉冲
3　结论
高精度交流伺服系统在众多要求较高的场合已广泛应用。

本系统已应用于某无损检测装置,系统运行稳定、精度高、重复性好。

图3　伺服电机控制流程图
参考文献:
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D esign of AC Servo Con trol System i n Prec ision Turn table
L I U B i n
(D epartm ent of E lectronic Engineering ,T aiyuan Institute of T echno logy ,T aiyuan 030008,Ch ina )
Abstract :P recisi on turntable is commonly used in industrial non 2destructive testing ,such as industry CT .A ll 2digital contro l w ay is used in th is servo contro l system .By using the A C servo contro l ,the system ach ieves the ro tati on at different speed and in clockw ise and anticlockw ise directi on accuracy of 0105o .A cco rding to the param eters set by the ho st computer ,p recisi on turntable can ro tate arbitrarily from 011o to 360o .U sing p rogramm able logic contro ller as m ain contro ller and com bining w ith YA SKAWA servo contro ller ,the system constitutes a th ree 2clo sed 2loop contro l system compo sed of current loop ,velocity loop and po siti on loop .T he servo system w h ich has good anti 2interference ability ,fast response ,h igher po siti oning accuracy ,can p rovide a reference fo r ach ieving h igh 2p recisi on servo contro l based on PL C in industrial app licati on .
Key words :non 2destructive testing ;p recisi on turntable ;A C servo contro l ;p rogramm able logic contro ller
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