基于通用数控系统伺服接口的设计
基于PLC的伺服系统的运动控制系统设计毕业论文设计
南京化工职业技术学院毕业论文设计题目：基于PLC的伺服系统的运动控制系统设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年月日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年月日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况□优□良□中□及格□不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况□优□良□中□及格□不及格3、学生答辩过程中的精神状态□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格评定成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年月日教学系意见：系主任：（签名）年月日摘要本文采用运动控制系统，完成三菱电机杯竞赛的关于伺服电机如何实现系统的运动控制系统。
数控车床工作台二维运动伺服进给系统设计
数控车床工作台二维运动伺服进给系统设计摘要：数控车床在制造业中起着至关重要的作用。
为了提高生产效率和产品质量，设计一个稳定可靠、精确灵活的二维运动伺服进给系统尤为重要。
本文将针对数控车床工作台的二维运动伺服进给系统进行设计，包括运动控制算法、驱动器选型、传感器选择等方面。
1.引言数控车床是一种以电子技术、计算机技术和车床技术为基础的现代化机床。
它通过运动控制系统实现工作台的运动，可以实现复杂的加工工艺。
二维运动伺服进给系统是数控车床的核心部件之一2.运动控制算法运动控制算法是二维运动伺服进给系统的核心技术之一、常用的运动控制算法包括PID控制算法、自适应控制算法等。
PID控制算法是一种经典的，应用广泛的控制算法，它根据测量值与期望值的差异计算出控制量，并对系统进行修正。
自适应控制算法则是根据系统的参数变化自动地调整控制参数。
在设计二维运动伺服进给系统时需要根据实际情况选择合适的控制算法。
3.驱动器选型驱动器是实现工作台运动的关键部件，它将控制信号转换为电力信号，驱动电机工作。
在选择驱动器时需要考虑工作台的负载情况、速度要求和精度要求等因素。
常用的驱动器有直流伺服驱动器、交流伺服驱动器和步进驱动器等。
在设计二维运动伺服进给系统时需要根据实际情况选择合适的驱动器。
4.传感器选择传感器可以实现对工作台位置、速度和负载等参数的测量，是二维运动伺服进给系统的重要组成部分。
根据需要可以选择位置传感器、速度传感器和负载传感器等。
常用的位置传感器有编码器、激光干涉仪等，速度传感器有霍尔传感器、光电传感器等，负载传感器有压力传感器、力传感器等。
在设计二维运动伺服进给系统时需要根据实际需求选择合适的传感器。
5.结论设计一个稳定可靠、精确灵活的二维运动伺服进给系统对于提高数控车床的加工精度、提高生产效率具有重要意义。
本文针对数控车床工作台的二维运动伺服进给系统进行了详细的设计，包括运动控制算法、驱动器选型、传感器选择等方面。
CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计
__届毕业（设计）论文题目CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计专业班级学号学生姓名随笔客指导教师指导教师职称学院名称机电工程学院完成日期： 2014 年 5 月 25日CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计CK6140 CNC lathe main drive system and feed servo system design学生姓名指导教师摘要本文介绍了CK6140数控车床的组成及工作原理，对数控机床的主要组成部分：机床主轴箱，进给伺服系统及主轴PLC控制进行了总体的设计及其详细设计。
数控机床是现代机电一体化的典型产品，对提高零件的加工质量和加工效率具有较好的作用。
在本次设计中，主要完成了以下工作：根据给出的要求，首先确定设计要求给出的已知条件确定电机的型号和功率，传动系统的布局，变速方式，开停方式，换向方式，制动方式及齿轮的排列与布置。
然后根据转速范围及级数确定它的转速图、各齿轮的齿数和传动系统简图。
在根据已确定传动比来确定带传动。
通过轴的初步设计，进行齿轮的设计和校核。
选取相应的轴承和键，进行轴的具体设计和校核，键和轴承的设计和校核。
最后进行装配图和各个零件图的绘制，完成主轴箱的设计。
然后完成伺服系统的设计。
在对进给伺服系统进行设计时，要确定进给传动系统的传动方式及控制系统的形式。
设计中，选择进给伺服系统为开环控制系统。
通过给定的参数选择好步进电机的步距角可确定传动齿轮的传动比及滚珠丝杆的导程。
设计的进给伺服系统能够满足设计任务的要求。
关键词：数控机床主轴箱进给伺服系统AbstractThis thesis introduced the constitution and working principle of CK6140 machine tool，the primarily parts of NC machine tool designed：including proceeds the total design and detailed design. NC machine tool is a modern machine to give or get an electric shock the integral whole the typical model of technique the processing of product, right exaltation spare parts the quantity with process the efficiency to have the good function. In this design,primarily completed following work.According to the timetable to design. First identified design requirements given the known conditions determine the type and electrical power, drivetrain system layout, speed change, stop the way for the way braking and gear configuration and the way layout. Based on rotational speed and scope of the class to determine its rotational speed maps, the various gear and drivetrain system Chishu sketch. In accordance with established transmission belt transmission than to determine. Through axle of the preliminary design, gear design and verification. The bearings and get used to a specific axle design and verification, design and verification keys and bearings. Final assembly of the various parts and mapping. Completed the design of headstock.Then completing the design of the servomechanism system. In designing of servo system, we can determine driving mode of driving system and controlling mode of controllingsystem,choosing the servo system for opening wreath control the system.Passing the parameter to settle the choice the good step the step for the electrical engineering the distance cape can make sure to spread to move the spreading of wheel gear to move the radio the roll the bead silk the think stick's lead. Design of into give the servo system can satisfy to designthe request of the mission.Keywords：NC Machine Tool；Axis Housing；Servomechanism目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章卧式数控车床简介 (1)1.1数控车床简介 (1)1.2 CK6140介绍及设计说明 (2)1.3设计任务 (3)第二章 CK6140总体设计计算 (6)2.1总体设计要求 (6)2.2机床的总体布局的确定 (7)2.3换向方向的选择 (7)2.4开停方式选择 (8)2.5 制动方式选择 (8)2.6 齿轮布置与排布 (8)2.7 变速方式选择 (9)2.8进给系统的组成及选用 (10)第三章主变速箱总体设计 (12)3.1电机的选用 (12)3.2传动方案的拟定 (15)3.3确定各级的转速.................................... 错误!未定义书签。
简易数控车床纵向伺服进给系统的设计
ｓ ｋ ｓ ｒ ｗ ｔ ｒｕ ｈ ａ ｃａ ｓ ｄ ｃ ｌ ｒｔ ｎ ｗ ｅ ｌ ｅ ｒｆ ｍ ｅ ｅｅ ｔ ｃ ｌｅ ｇｎ ｅｉ ｇ ａ ｄ ａ ｏ ｓ ｕ ｔ ｅ ｉ ｌ ｗ ｙ ｔｅ ｐ ａ ｋ ｂ ｘ ｉ ｃ ｅ ｏ ｇ ｌｓ ｅ ｅｅ ａｉ ｈ ｅ ａ ｒ ｔ ｌｃｒ ａ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｒｕ ｅ ｎ ｔａ ｍｏ ｈ ｒｗ ｔ ｓｉ ａ ａ ｈ ｌｎ ｏ ｌ ｈ ｏ ｇ ｏ ｈ ｉ ｈ ｐ ｔ ａ ｒ ｕ ａｈ ｒ ｔ ｅ ｔｒｌｎ ｈ ａ ｓ ｏ ｃ ｒｙ ｏ ｔ ｔｅ ｏ ｎ ｅ ｇ ｗ ｙ ． ｌ ｅｔ
为 了实 现机床 所 要求 的精 度 ， 用 一级 齿 轮 减速 ， 采 并 用双 片薄齿 轮错齿 法 消 除 间隙 。为 保证 一 定 的传 动 精度
Ｋｅ ｏ ｄ ｎ ｍｅ ｉａ ｏｎｒ ｌｌ ｔｅ ；ｅ ｇ ｈ ｙ ｅ ｖ ｔａ ｓ ｓ ｉｎ ｓ ｓｅ ； ｅ ｉ ｎ ｙ ｗ ｒ ｓ： ｕ ｒｃ ｌｃ ｔｏ ａｈ ｒ ｌｎ ｔ ｗａ ｓｓ ｒ ｏ；ｒ ｎ ｍｉｓｏ ｙ ｔｍ ｄ ｓｇ
Ｏ 引言
随着科学 技术 的飞速 发展和 经济竞争 的 日趋激 烈 ， 产 品更新 速度越来 越快 ， 杂形 状 的 零件 越 来越 多 ， 度要 复 精
Ｐ ＡＮ ｎｇ， Ｄｏ ＬＶ ｎ ｔ ｎ Ｄｏ ｇ ｅ ｇ
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｓｓ ｗｉｈ ｔ ｅ ｎ ｓ ｒ ｃ ： ｈｅ ｉ ｔ ｈ ｕｍｅｉ ａ ｏ ｔｏ ａｈ ｒｌ ｎ ｔ ｒｃ ｌｃ ｎｒ ｌｌｔｅ ｅ ｇｈｗａ ｅ ｖ ｅ ｉ ｎ ｏ ｈ ｙ ｔ ｍ ｏ ｉ ｉ ｅ ｍ ａｎｙ ｉ ｃｕｄ ｓａ ｎ ｙｓｓ ｒ ｏ ｄ ｓｇ ｆｔ ｅ ｓ ｓｅ ｆｒｍａ ｎ ｌｎ ｉ ｌ ｎ ｌ ｅ ｕｍｂ ｒ ｅ
方案 。
数控设备伺服进给装置及控制系统设计
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具有通 用性 强、可移植性好等优点 ，这为 旧设备的数控 化改造和新设备 的开发提供 了新的 思路 。
关键词 ： 自动进给 ；滚珠丝杠 ；伺服 电机 ；伺服控制 卡 中图分类号 ：Ｔ ＂１ ０ ５ ２ 文献标识码 ：Ａ 文章 编号 ：１７ ９ ７ （ ０７ ２— ０ ９— ３ ６ ２— ８ ０ ２ ０ ）０ ０ ０ ０
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｅ ｖ ｅ ｄ —ｉ ｖｃ ｎ ｔ ｎ ｒ ｌＳ ｓｅ ｏ ｓｇ ｎ Ｓ ｒ ｏ Ｆ ｅ — ｎ Ｄ ｉｅ ａ ｄ Ｉｓ Ｃｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｆ ｒ ＮＣ ａ ｈ ｎ ｒ ｅ Ｍ ｃ ｉｅ ｙ
Ｗ ＡＮＧ ｕｎ ｉ ＬＵ ｚ ｏ ， ＹＵ ｅ ｇｉ ， Ｌ Ｕ ｉ ｕ Ｃｈ ｌ ， Ｙｕ ｈ ｕ Ｚｈ ｎ ｌｎ Ｉ Ｚｈ ｈ ａ
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数控车床伺服进给系统设计
２ ２ 滚珠丝 杠副载 荷及转 速计 算 ． 这里 的载荷及转 速是 指 ，滚珠丝 杠 的当量载荷 Ｆ 与 当量转 速 ． 当负 荷与转 速接 近正 比变 化时 ，各 种转 速使 用机会均 等 ，可按下 列公 式计算 ：
作 ｆｒ０嵩－５ ， ，． 口人 助 工师 主 从机 实 实 教 方 研 誓 期 昊－６０） 宁 市 ，理 程 ，要 事 械 习训 学 面 究 ｊＣ ２ ９－ 男 ｆ 营 ，１ ８ ｆ ：奥。 ２ ｔ ￣ １１ 日 吴 （ 矶买．毅力饼 头 罕 圆咒
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数 控 车 床 伺 服 进 给 系统设 计
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（） ２
假设 刀架 重量 １ ０ｋ ，溜板 重量 ２ ｇ ０ ｇ Ｏｋ ，电机 重量 １ ０ｋ ０ ｇ
Ｆ ＝ ｇ ｉ
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（） ３
式 中 ，为滚动 摩擦 系数 ，取 ， ． ０ ，则 Ｆ ｉ ． ０ ×（ ０ ＋２ ） ０ ． ． ＝０ ０ ４ ＝Ｏ ０ ４ ｉ ０ ０ ×１ ＝４ ８Ｎ
１ 伺 服进给 系统主 要技术 参数
（ ）进 给运动行 程． Ｘ 轴 ：３ ０ｍｍ；Ｚ轴 ：９ ０ｍｍ． １ ５ ５ （ ）进 给速度 范围． Ｘ 轴 ：１ ０ ２ ～５０ ０ｍｍ／ ｎ ｍｉ；Ｚ轴 ：１ ０ ～６０ ０ ｍｍ／ ｎ ｍｉ． （ ）快 速移动 速度． Ｘ 轴 ：１ ｍｉ ；Ｚ轴 ：１ ｍｉ． ３ ２ｍ／ ｎ ２ｍ／ ｎ （） 最大进 给力．Ｘ 轴 ：２０ ０Ｎ；Ｚ轴 ：５０ ０Ｎ． ４ ０ ０ （）定 位精度 ．Ｘ 轴 ：０ ０ ４ ｒｍ／ ０ ５ ．０ ａ ３ ０ｍｍ；Ｚ轴 ：０ ０ ４ｒｍ／ ０ ． ０ ａ ３ ０ｍｍ． （） 重复定位 精度 ．Ｘ 轴 ：０ ０ ２ｍｍ／ ０ ６ ． ０ ３ ０ｍｍ；ｚ轴 ：０ ０ ２ｍｍ／ ０ ．０ ３ ０ｍｍ． （ ）横 向滑板 上刀 架重 量 ：１ ０ｋ ． ７ ０ ｇ ２ 数控 车床伺服 进给 系统 ｘ 轴 设计 ２ １ 确定 滚珠丝杠 导程 Ｐ ． ｈ
数控机床的位置伺服系统设计
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校正 。
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图 １ 系统 硬 件 框 图
（ ）位置环设计 。位 置控制 环在整个控制系统 中举足轻 １ 重， 也是 三个控制环 中最为复杂的控制环 。 其内容包括位置控 加速功能等。 设计采用 ＩＴ Ｌ ７ １ Ｎ Ｅ ８５ Ｈ作为 Ｃ Ｕ， Ｐ 位置环控制程 序 固化在 ８ ５ Ｈ内部 ４ ７１ Ｋ字节 的 Ｅ Ｒ Ｍ中 ， ＰＯ 主要完成位置伺 服 系统的控制 。伺服接 口电路采用 高精度 的 １ ４位 ＤＡ转化 ／
Ｚ ＨＡＯ Ｙ －ｕ ｎ ａｊａ
（ｈ 州 ｖｃ ｗｎ ｉｈｓｈｏ ｏ ｙ ａ ｉ ，Ｈ ｎｎ Ｐｏｉ ｅ Ｊ ｕｎ Ｈｅａ ５ ６ ０ Ｃ ｉａ ｔｅ ｏ￣ ｄ ｈ ｃｏｌ ｆ Ｊ ｕｎ Ｃｔ ｅａ ｒ ｎ ， ｉ ａ ， ｎｎ ４ ４ ５ ， ｈｎ） ｇ ｉ ｙ ｖｃ ｙ
第 ３ ８卷 第 １期 ・ 术 学
Ｖ ｏ１ Ｎ ｏ． ． ３８ １
湖
南
农
机
２０１１年 １ 月
Ｊａ ． ０ １１ ｎ ２
ＨＵＮＡＮ ＡＧＲ ＣＵＬ Ｉ ＴＵＲ ＡＣＨＩ ＡＬ Ｍ ＮＥＲＹ
数控机 床的位置伺服 系统设 计
赵 亚 娟
（ 河南 省济 源市第 一职业 高 中 ， 河南 济源 ４４ ５ ） ５ ６０
服系统驱动机械执行部分 ， 最终实现精确的进给运动。 服系 伺 统实际上是一种高精度 的位置跟踪与定位 系统 。伺服系统 的 性能决定 了数控机床的许多性能 。因此提高进给伺服系统 的 动态特性与静态特性的品质 是人们始终追求 的 目标 。
基于MCS-51单片机的数控系统接口技术设计
随 着 数 控 机 床 的 发 展 ， 控 机 床 在 模 具 、 空 、 天 等 行 业 的 广 码 器 反 馈 信 号 （ 床 用 ）ＩＯ 口 ： 用 ８ ７ 作 为 键 盘 ， 示 器 接 口 ， 数 航 航 车 ／ 采 ２９ 显 识 泛 应 用 ， 产 品 更 新 周 期 进 一 步 缩 短 ， 工 质 量 要 求 越 来 越 高 ， 件 越 别 键 盘 按 键 信 号 ， 显 示 器 自 动 扫 描 。 成 键 盘 输 入 和 Ｌ Ｄ 显 示 控 在 加 零 对 完 Ｅ 来 越 复 杂 等 情 况 下 ， 计 算 机 与 数 控 机 床 联 结 起 来 ， 现 高 效 的 数 据 将 实 制 两 种 功 能 （ 盘 最 多 可 有 ８ ８ 个 键 ）；为 使 系 统 地 址 统 一 ，采 用 键 × 交 换 或 高 一 级 的 控 制 管 理 ， 根 本 上 提 高 数 控 机 床 的 执 行 效 率 。 控 ７ Ｌ １ ８译 码 器 对 系 统 所 扩 展 的 芯 片 进 行 译 码 寻 址 ． 由 ８ ３ 从 数 ４Ｓ ３ 并 ０ １对 各 机 床 作 为 典 型 点 机 电 一 体 化 产 品 ， 适 用 范 围 越 来 越 广 泛 ． 经 济 轴 步 进 电 机 进 行 环 形 分 配 （ 可 由 环 形 分 配 器 进 行 硬 件 环 分 ）， 指 其 而 亦 其 型 数 控 机 床 以 自身 极 佳 的 性 能 价 格 比 得 到 广 泛 的 应 用 。数 控 机 床 作 令 信 号 经 光 电 隔 离 和 功 率 放 大 后 驱 动 各 轴 。
本 系 统 采 用 步 进 电 机 作 为 驱 动 元 件 ， 进 电 机 采 用 脉 冲 方 式 工 件 协 调 工 作 等 ， 括 系 统 的 初 始 化 、 令 处 理 循 环 、 件 加 工 程 序 的 步 包 命 零
伺服系统的通信接口技术
伺服系统的通信接口技术伺服系统的通信接口技术在现代工业控制领域扮演着至关重要的角色。
伺服系统利用通信接口实现与上位控制系统的数据交换，从而实现对伺服系统的控制与监测。
本文将介绍伺服系统通信接口技术的基本原理、主要类型以及应用案例，并探讨该技术的发展趋势。
一、通信接口技术的基本原理伺服系统的通信接口技术基于现代通信原理，通过数传设备实现与上位控制系统之间的数据传输。
其基本原理包括数据传输方式、通信协议以及数据传输速率的选择。
数据传输方式主要有串行传输和并行传输两种方式。
串行传输通过一条数据线逐位传输数据，传输速率相对较慢，但可靠性较高，适用于长距离传输。
而并行传输则通过多条数据线同时传输数据，传输速率较快，但对线路质量的要求较高。
通信协议是通信接口技术中的核心部分，它规定了传输数据的格式、控制方式以及数据处理方法等。
常见的通信协议包括Modbus、Profibus、CAN等，不同协议适用于不同的应用场景。
数据传输速率即波特率，它决定了通信接口的传输速度。
波特率越高，传输速度越快，但也会对硬件设备的要求更高。
根据实际需求和硬件条件，选择适当的波特率能够高效地实现数据传输。
二、通信接口技术的主要类型根据通信介质和传输距离的不同，伺服系统的通信接口技术可以分为有线通信和无线通信两种类型。
有线通信是指利用电缆、光纤等有线介质进行数据传输的通信方式。
有线通信的优点是传输距离长、抗干扰能力强，适用于工业环境等条件复杂的场景。
常见的有线通信接口包括RS485、Ethernet等。
无线通信是指利用无线电波进行数据传输的通信方式。
无线通信的优点是无需布线、安装方便，适用于移动设备或现场环境变动频繁的场景。
常见的无线通信接口包括WiFi、蓝牙等。
三、通信接口技术的应用案例伺服系统的通信接口技术在工业控制中有着广泛的应用。
以下列举了几个典型的应用案例。
1. 机器人控制系统：伺服系统与机器人控制系统之间通过通信接口实现数据交换，使机器人能够准确地执行各种任务，提高生产效率和灵活性。
数控系统伺服驱动器接线及参数设定
一、数控系统伺服驱动器接线1.安川交流伺服接线图山龙数控DB15驱动器接口SGDM伺服CN1 50P高密插头SGDM伺服CN1 50P高密插头SGDM伺服CN1 50P高密插头山龙数控DB15驱动器接口2.松下交流伺服接线图山龙数控DB15驱动器接口松下Minas A4/A5伺服 50P高密插头3.三菱 MR-E型伺服接线图山龙数控DB15驱动器接口三菱MR-E-A (26P高密)4. 台达ASD-A 型伺服接线图山龙数控DB15驱动器接口台达ASDA-A系列伺服器50P高密插头5. 台达ASDA-B 型伺服接线图A+A-B+B-Z++24V Z-PU+PU-DR-DR+GNDOA /OA OB /OB 10231211242512345671112131415OZ /OZ 2221PLUSE /PLUSE 2019SIGN /SIGN 413COM+COM-双绞线118D03 ALM DI2 ARST ALM CLR 810SON 917DI1+SON 台达ASDA-B型DB25(两排针孔)山龙数控DB15驱动器接口1613DO1+COM-Z轴抱闸拖线(红)Z轴抱闸拖线(黑)6. 台达ASDA-B 型伺服接线图(双驱动器接线)DB15驱动器接口A+A-B+B-Z++24V Z-PU+PU-DR-DR+GND OA /OA OB /OB 10231211242512345671112131415DB25(两排针孔)OZ /OZ 2221PLUSE /PLUSE 2019SIGN /SIGN 413COM+COM-双绞线118D03 ALM DI2 ARST ALM CLR 810SON 917DI1+SON 台达ASDA-B型山龙数控OA /OA OB /OB 102312112425DB25(两排针孔)OZ /OZ 2221PLUSE /PLUSE 2019SIGN /SIGN 413COM+COM-双绞线118D03 ALM DI2 ARST 17DI1+SON台达ASDA-B型1613DO1+COM-Z轴抱闸拖线(红)Z轴抱闸拖线(黑)1613DO1+COM-Z轴抱闸拖线(红)Z轴抱闸拖线(黑)7. 富士伺服接线图山龙数控DB15驱动器接口A+A-B+B-Z++24V Z-PU+PU-DR-DR+GNDFFA *FFA FFB *FFB 9101112232412345671112131415富士FALDIC-β伺服(26P高密插头)FFZ *FFZ 78CA *CA 2021CB *CB 114P24M24双绞线153OUT1CON2 RST ALM CLR 810SON 92CON1 RUN8.日立伺服接线图山龙数控DB15驱动器接口日立ADA系列伺服驱动器山龙数控DB15驱动器接口三洋PY系列DB50高密插头10. 三洋 R 系列伺服接线图山龙数控DB15驱动器接口三洋R系列DB50高密插头11. 开通 KT270系列伺服接线图山龙数控DB15驱动器接口A+A-B+B-Z++24V ALM Z-SONCLR PU+PU-DR-DR+GND LA LAR LB LBR 7168172526123456789101112131415开通KT270系列伺服驱动器LZ LZR 1512ALM RES 111PP PG 1019NP NG 2023COMO COM12SON双绞线12. 四通(现更名为森创)GS 系列伺服接线图山龙数控DB15驱动器接口A+A-B+B-Z++24V ALM Z-SONCLR PU+PU-DR-DR+GND A信号差分输出+A信号差分输出-B信号差分输出+B信号差分输出-333435363132123456789101112131415四通GS系列伺服DB44针Z信号差分输出+Z信号差分输出-228故障信号输出+报警清除信号输入1227脉冲指令信号输入+脉冲指令信号输入-1328方向/脉冲指令信号输入+方向/脉冲指令信号输入-76输入公共端COM 故障信号输出-23伺服使能(伺服ON)输入21BRAKE+Z轴抱闸拖线(红)5BRAKE-Z轴抱闸拖线(黑)双绞线13. 东元 TSDA 系列伺服接线图山龙数控DB15驱动器接口东元TSDA系列伺服器50P高密插头山龙数控DB15驱动器接口A+A-B+B-Z++24V ALM Z-SON CLRPU+PU-DR-DR+GND PA /PA PB /PB 161718192021123456789101112131415东元ESDA系列伺服DB25插头(双排)PC /PC 14ALM 45PP /PN 67DP /DN 1022+24V N241SON 双绞线CLR 2FG2515. 松下J 系列伺服接线图山龙数控DB15驱动器接口A+A-B+B-Z++24V ALM Z-SONCLR PU+PU-DR-DR+GND OA+OA-OB+OB-131415161718123456789101112131415松下J系列伺服驱动器26P高密插头OC+OC-83ALM A-CLR 2021PULS1PULS22223SIGN1SIGN2111COM+COM-2SRV-ON 10BRK-OFFZ轴抱闸拖线双绞线山龙数控DB15驱动器接口A+A-B+B-Z++24V ALM Z-SONCLR PU+PU-DR-DR+GND PAO /PAO PBO /PBO 333435361920123456789101112131415东菱EPS-B1系列伺服驱动器50P高密插头PZO /PZO 3145ALM A-CLR 1617PULS+PULS-2324SIGN+SIGN-471,2,32COM+GND 40SRV-ON 25BK+Z轴抱闸拖线(红)26BK-Z轴抱闸拖线(黑)双绞线17. 东菱EPS-TA 系列伺服接线图山龙数控DB15驱动器接口A+A-B+B-Z++24V ALM Z-SONCLR PU+PU-DR-DR+GND PAO /PAO PBO /PBO 171815161413123456789101112131415东菱EPS-TA系列伺服驱动器DB-36P插头PZO /PZO 521ALM A-CLR 910PULS+PULS-1112SIGN+SIGN+2225COM+GND 24S-ON 7BRK-OFFZ轴抱闸拖线双绞线18. 信捷DS2-AS 系列伺服接线图山龙数控DB15驱动器接口A+A-B+B-Z++24V ALM Z-SONCLR PU+PU-DR-DR+GND AO+AO-BO+BO-6710589123456789101112131415信捷DS2-AS系列伺服驱动器VGA-15P插头ZO+ZO-138ALM A-CLR 21P+5V P-54D+5V D-1114+24VIN COM 7/S-ON双绞线19. 欧瑞传动SD10系列伺服接线图山龙数控DB15驱动器接口A+A-B+B-Z++24V ALM Z-SONCLR PU+PU-DR-DR+GND PAO+PAO-PBO+PBO-181716153231123456789101112131415欧瑞传动SD10系列伺服器50P高密插头PZO+PZO-209ALM AL-RST 4443P+5V P-4039D+5V D-419,49GP COM 5/SONI双绞线二、伺服驱动器参数设定1.安川Σ-Ⅱ系列伺服参数设定用安川伺服驱动器，设定以下参数后，机床即可工作。
数控机床的伺服系统
4.2 步进电动机驱动控制系统
4.2.3 步进电动机的驱动控制
1.步进电动机的工作方式 从一相通电换接到另一相通电称为一拍，每拍转子转过一个
步距角。按A→B → C → A → …的顺序通电时，电动机的转 子便会按此顺序一步一步地旋转;反之，若按A → C → B → A→…的顺序通电，则电动机就会反向转动，这种三相依次 单相通电的方式，称为三相单三拍式运行，“单”是指每次 只有一相绕组通电，“三拍”是指一个循环内换接了三次， 即A、B、C三拍。单三拍通电方式每次只有一相控制绕组通 电吸引转子，容易使转子在平衡位置附近产生振荡，运行稳 定性较差;另外，在切换时一相控制绕组断电而另一相控制绕 组开始
4.2.2 步进电动机的工作原理与主要特 性
1.步进电动机的工作原理
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4.2 步进电动机驱动控制系统
步进电动机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。下面以 图4-2所示的一个最简单步进电动机结构为例说明步进电动机 的工作原理。其定子上分布有6个齿极，每两个相对齿极装有 一相励磁绕组，构成三相绕组。
也称为数组的长度。
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6.1 一维数组
对数组的定义应注意以下几点。 (1)数组的类型实际上是指数组元素的取值类型。对于同一
个数组，其所有元素的数据类型都是相同的。 (2)数组名的书写规则应符合标识符的书写规定。 (3)数组名不能与其他变量名相同。 (4)不能在方括号中用变量来表示元素的个数，但是可以用
按伺服控制方式不同，数控机床伺服系统可分为开环、闭环 和半闭环系统。开环型采用步进电动机驱动，控制方式简单， 信号单向传递，无位置反馈，所以精度不高，适用于要求不 高的经济型数控机床中。而闭环控制系统采用直流、交流伺 服电动机驱动，位置检测元件安装于机床运动部件上，
通用型交流伺服驱动器设计技术探讨
ｉｃｕ ｉｇｖｒ ｂｅ ｆ ｑ ｅｃ ｒ ｅ ， Ｃ ｐ ｒ ｎｎ ｙ ｃ ｒ ｏｓｍ ｔｒ（ ＭＳ ｎ ｌｄｎ ａ ａｌ－ｒ ｕ ｎ ｙｄｉ ｓ Ａ ｅ ｉ ｅ ｖ ｍａ ｅｔｓｎ ｈｏ ｕ ｏ ｎ ｏ Ｐ Ｍ）ｄ ｖｓａｄ ｉｄ ｃ ｏ ｉ ｒ ｅ ｎ ｕｔ ｎ ｎ ｉ ｍ ｔｒ（Ｍ）ｄｉｅ． ｔ ｒｐ ｓｓ ｎｆ ｄｈ ｒｗ ｒ ｌｔ ｒ ｓｄｉ Ｐ ｎ ｅ ｏ ｒ ｅ．Ａ ｄａｕ ｉ ｏ ｏ Ｉ ｒ ｓ Ｉ ｐｏ ｏｅ ｕ ｉｅ ａｄ ａｅ ａｆ ｍ ｕｅ Ｍ ａｄＩ ｓｌ ｉ ｓ ｎ ｎ— ｖ ａ ｉ ｐ ｏ ｎ Ｍ Ｔ ｄｖ ｆ ｄｃｎｒ ｔ ｃ ｒ ｉ ｄ ｓｒ ｅ ａｅ ｎｔｅａａｙｉ ｔ ｆ ｌ ｒ ｎｅ ｏｔ ｌ（ Ｏ ｉ ｏｔ ｌ ｒ ｔ ｅ ｓ ｅｃ ｂ ｄｂ ｓｄｏ ｎ ｌ ｓ ｏｉ ｄｏｉ ｔｄｃｎｒ Ｆ Ｃ）ｏ ｏ ＭＳ ｅ ｏｓｕ ｕ ｉ ｈ ｓ ｅ ｅ ｏ ｆ ｔＰ Ｍ ｂｈ
关键词 ： 交流 伺服 驱动 磁 场定 向 矢量控 制 通 用型 驱动 器
中图分 类号 ： Ｐ １ Ｔ ２５
文献标 识码 ： Ｂ
Ｄｅ ｉｎ ｔ ｃ ｎｑ ｅ ｏ ｎｖ ｒａ Ｃ ｅ ｖ ｒ ｅ ｓｇ ｅ ｈ ｉｕ ｓ ｆ ｒｕ ｉｅ ｓ ｌ Ａ ｓ ｒｏ ｄ ｉ ｓ ｖ
法器 ， 改进 的 哈佛架 构 ， 立 的程 序 和数 据 访 问 总 线 ， 独
本 文 提 出的通 用 型交 流伺 服系 统采 用共 直流母 线 供 电的模块 化结 构 来设计 （ １ 。它主要 由两 部分 组 图 ）
成： 电动机 逆变 模块 和 电源供 电模 块 。
统 一 的 内存 寻址 模式 ， 可支 持 ４Ｍｘ ６位 的存 储 空 间 ， １
体 为 ＩＭ， 把功率 器 件与起 控制 作用 的逻 辑 电路 、 Ｐ 它 驱 动 电路 、 护 电路 和检测 电路 组装 在一起 ， 完 成信 保 主要 号 放大 ， 功率 放大 和各 种 保 护 （ 包括 过 电流保 护 、 路 短
基于可编程运动控制器的数控伺服控制系统设计
３号编码器 Ｂ通道 负向
３号 编 码 器 Ａ通 道 正 向 ３号 编 码 器 Ａ通 道 负 向 １ 编 码 器 Ｃ通 道 正 向 号 ２号 编 码 器 Ｃ通 道 正 向 ｌ 编 码 器 Ｃ通 道 负 向 号 ２号 编 码 器 Ｃ通 道 负 向 １号编 码 器 Ｂ通 道 正 向 ２号 编 码 器 Ｂ通 道 正 向 １ 编码 器 Ｂ通 道 负 向 号 ２号 编 码器 Ｂ通 道 负 向 １ 编 码 器 Ａ通 道 正 向 号
１ 编 码 器 Ａ通 道 负 向 号 ２号 编 码 器 Ａ通 道 负 向 通 道 ４模 拟 输 出 通 道 ３模 拟 输 出 ｘ 正 向行 程 限 制 输入
３ ９
４ Ｄ Ｃ１ Ａ
输入
输入 输 出
Ｘ负向行 程限制输 入
ｘ 回零 输 入 通 道 １ 拟 输 出 模
伺 服 控 制 系统 构 成 模 式 ， 可 编 程 运 动控 制 器 嵌 入 ＩＣ 构 架 高性 能 的双 ＣＰ 数 控 系统 。 可 编 程 运 动 控 制 器利 用 Ｐ 将 Ｐ Ｕ ＭＡＣ优 秀 的 实 【 键词 ］ 编程控制 器 关 可
０ 引 言 ．
时运动控制功能来 完成实时性很 强的伺服 处理工作， 具备跟 随精度 高、 反馈性 能优 、 开发速 度快的特点。 伺 服 伺服驱动 系统 ， 主要涉及到 的是 Ｄ ＡＣ模 拟输 出和编码 器信 号的输 入。 表 １Ｐ ＭＡＣ与 主轴 电机 的连 接
引脚编号 引脚符号
１
２
功能
输 出
输 出
备注
＋ Ｖ 电源 ５
＋ Ｖ 电源 ５
然成本太高 ， 只有在对普通 机床进行数控化 改造才是可行之道 。 但是集 成 的数控伺服系统内核封闭 ， 无法选配 ， 他们不得不 为了某项加 １功能 二 而配置整个伺服控制系统 ， 既浪费 了资源又增大 了成本 。 以小规模用 所 户希望够根 据不同的生产需要来 对数控 系统的功能进行 选配和集成 ， 能够 自由地选择 Ｃ Ｃ装置 、 Ｎ 驱动装 置 、 服电机 和应用软 件等数控 系 伺 统的各个构成要素 。他们期望市 场能 提供满足不 同加 工需求 ， 速高 迅 效 、 成本地构筑 面向用户 的控制 系统 ， 低 这在浙江五金加工业 发达的地 区尤其迫切 。 １数 控 系统 的 总 体 构 架 ． 基于可编程运动控制器 的数控伺 服控制系统 ， ＩＣ机为上位机 ， 以 Ｐ 以 ＩＣ主板上的 ＩＡ扩展 插槽 上的可编程多轴运动控 制器 Ｐ Ｐ Ｓ ＭＡＣ作 为 下位机 ， 以总线和 Ｄ ＲＡ Ｐ Ｍ作为通讯模 式。Ｉ Ｃ上 的 Ｃ Ｕ与 Ｐ Ｐ Ｐ ＭＡＣ卡上 的 Ｃ Ｕ使整个数控系统呈双 Ｃ Ｕ控制结构 。 Ｐ Ｐ 整个伺服控制 系统有下位 机则 负责 实时性很强 的工作 ， 如插补 、 刀具补偿 、 机床进给轴 和主轴 的 运动控制 、 反馈信号 的处理 、 机床运行 信息的采集 及处理 、 制面板开 控 关量的控制等功能。 上位机和下位机在总线通讯 的基础上 ， 通过双端 口 Ｒ Ｍ 的快 速数 据交换 ， Ａ 从而实时 、 可靠 的协 调整个系统 ， 同完成 加工 共 任务 。
数控机床用智能伺服系统的设计
２ 直 线 永磁 同步 电机
直线伺 服 系统 中 的驱 动 电机 以永 磁 直线 电机
丝杠 ” 给方式 相 比 ， 然 消 除 了机 械 传 动所 带 来 进 虽 的一 些不 良影响 ， 但却增 加 了控制 的难 度 。直 线交
流伺 服 电动 机具有 耦合 性 、 线性 、 载扰 动 、 非 负 时变 不确 定性 等 ， 以 建立 精 确 的数 学模 型 ， 用 常规 难 使 的 Ｐ Ｄ控制 器难 以达 到 理想 的控 制效 果 ［ 。而模 Ｉ ４ ］
增益 是 对系 统性能 影 Biblioteka 较 大 。对 于 一个 确定 的数 。
学模 型 ， 在保 证 系 统稳 定 和不 超 调 的情 况 下 ， 应 尽
函 为 （一 等 赢电 特 传 函 可能 的取 大 的位置环 增益 尼 ， 高系统 的加丁 轮 数 Ｇ）簧 一 ｓ ，磁 性 递 以提
数 为 Ｇ㈤ 一 一 。
型 参数发 生 变 化 ， 系统 不 再 保 持 原有 的 良好 性 能 。 例如： 当负载 质量增 大 ， 系统 的响应 速度 变慢 ， 原 且
容 易 出现 超调 ］ 。为 了提 高系 统 的适应 性 ， 位置 调 节器 采用基 于 模 糊控 制 理 论 设计 的 自调整 参 数 的 Ｐ Ｄ控制 器 （ ３ ， 而实现 过程 的 自适 应控 制 。 Ｉ 图 ）从
模糊 白整定 位 置 调 节 器 比例 增 益控 制 器 是 利
图 １ 直 线 电机 伺 服 系统 结 构 示 意 图
用模糊 理论 建 立位 置 比例 增益 变 化 △ 与控 制 偏 走 差 和偏 差 的变化 率 间的二 元关 系 ， 根据输入 并 和Ｃ Ｃ自整定控 制器 的参 数 △ 如 图 ４ ， 是（ ） 再用 △ 是 来修正 尼 。实 际应用 中 ， 糊 推理过 程通 过查表 来 模
数控车床伺服进给系统结构设计毕业论文
摘要数控机床作为机电一体化的典型产品,在机械制造业中发挥着巨大的作用,很好的解决了现代机械制造中结构复杂，精密，批量小,多变零件的加工问题,且能稳定产品的加工质量,大幅度提高生产效率。
本论文主要对数控机床伺服进给系统的机械部分这一课题进行探讨，文中详细描述了数控机床伺服进给系统的设计方法,包括传动系统总体设计，滚珠丝杠副的选择，伺服电动机的选择,精度和刚度验算。
同时运用软件Solidworks做出伺服进给系统的零部件，以及将各个零部件进行装配，二维工程图出图。
关键词：数控机床;伺服电动机；伺服进给系统；滚珠丝杠副AbstractNC machine tools as typical electromechanical products, plays an enormous role in machinery manufacturing, it solutes the problems of modern machinery manufacturing complex, precision, small batches，changeable parts processing, also it can be able to stable quality of products, increase productivity greatly. In this paper, it mainly explore to the topic of mechanical parts of NC machine tools’ servo feed system, This article describes the designing method of the NC machine tools’ servo feed system , including designing the transmission system, choosing Ball Screws, servo motor, checking the accuracy and rigidity. Make out parts of NC machine tools’ servo feed system and assemble the parts with solidworks. Export 2D engineering drawing and make the animations of feed system, produce three-dimensional cutaway views of Ball Screws and Rolling Guides.Key word: NC machine;Servo motor; Servo feed system; Ball Screws目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 数控机床的概念 (1)1.2 数控机床的组成分类及特点 (1)1.2.1 数控机床的组成 (1)1.2.2 数控机床的分类 (1)1.2.3 数控机床的特点 (2)1.3 数控系统的发展简史及国外发展现状 (2)1.4 我国数控系统的发展现状及趋势 (3)1.4.1 数控技术状况 (3)1.4.2 数控系统的发展趋势 (4)1.5 伺服系统的特点 (4)1.6 本课题的研究内容和方法 (6)1.7 本章小结 (7)2 进给系统的总体方案设计 (7)2.1 机床的主要性能 (8)2.2 进给系统的精度要求 (8)2.3 进给传动控制伺服系统的选择 (8)2.4 进给系统的传动要求及传动类型的选择 (9)2.4.1 进给系统的传动要求 (9)2.4.2 传动类型的选择 (9)2.5 电机与丝杠联接方式的选择 (10)2.6 进给传动方案设计 (11)3 数控车床伺服进给系统X轴选型 (12)3.1 滚珠丝杆机构的计算选型 (13)3.1.2 精度等级选定 (14)3.1.3 导程的计算和选定 (15)3.1.4 丝杆支承方式选定 (15)3.1.5 丝杆外径选定及校核 (15)3.1.6 计算最大轴向载荷 (16)3.1.7 轴向允许载荷计算 (16)3.1.8 丝杠允许转速计算及校核 (17)3.1.9 寿命计算及校核 (19)3.2 电机的选型 (19)3.2.1 转速的计算 (19)3.2.2 驱动扭矩计算 (20)3.2.3 计算角加速度 (21)3.2.4 电机所需的加速扭矩 (21)3.2.5 计算各种运动状态下点检所需要的驱动扭矩 (21)3.2.6 电机转动惯量要求 (22)3.3 滚珠丝杠副的支承的设计 (22)3.4 同步齿轮带传动的设计 (24)3.5 导轨的选择 (25)4 数控车床伺服进给系统Z轴选型 (26)4.1 滚珠丝杆机构的计算选型 (26)4.1.1载荷的确定 (27)4.1.2 精度等级选定 (27)4.1.3 导程的计算和选定 (28)4.1.4 丝杆支承方式选定 (29)4.1.5 丝杆外径选定及校核 (29)4.1.6 计算最大轴向载荷 (29)4.1.7 轴向允许载荷计算 (30)4.1.8 丝杠允许转速计算及校核 (31)4.1.9 寿命计算及校核 (33)4.2 电机的选型 (33)4.2.1 转速的计算 (33)4.2.2 驱动扭矩计算 (34)4.2.3 计算角加速度 (35)4.2.4 电机所需的加速扭矩 (35)4.2.5 计算各种运动状态下点检所需要的驱动扭矩 (35)4.2.6 电机转动惯量要求 (36)4.3 滚珠丝杠副的支承的设计 (37)4.4 联轴器传动的设计 (39)4.5 导轨的选择 (39)5 伺服进给系统的结构设计 (40)5.1 solidworks实体设计的特征功能及其在本次设计中的应用405.2 伺服进给系统主要零件的设计及装配 (41)5.2.1 导轨的设计 (41)5.2.2 Z轴丝杠螺母的设计 (45)5.2.3 添加轴承 (46)5.2.4 添加紧固件 (46)5.2.5 X轴滑块的设计 (47)5.2.6 丝杠的设计 (47)5.3 伺服进给系统零件的装配 (48)5.4 伺服进给系统的装配图 (49)结论 (51)致谢 (52)参考文献 (53)附录A (54)附录B (69)1 绪论1.1 数控机床的概念数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。
基于工业控制编程语言标准的数控系统伺服通信技术
提 高 软 件 的 模 块 化 和 标 准 化 。采 用Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ １ ３ １ － ３ 标
准 的数 控 系 统 的控 制 单 元 只需 要一 个 通 用 Ｐ Ｃ，不
仅 减 少 了数 控 系统 的硬 件 组 成 ， 而且 提 高 了平 台 的通 用 性 。用 于 连 接 控 制 器 和伺 服 模 块 、开 关 量
关键词 ：开放式数控系统 ；可重构机床 ；Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ １ ３ １ － ３ ； Ｓ Ｅ Ｒ Ｃ Ｏ Ｓ ；Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ Ｃ Ａ Ｔ 中图分类号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ － ０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０ （ 上） －０ １ ５ １ －０ ６
重 。采 用 以太 网现 场 总线 技 术能 使 得 硬 件 有最 简
化 和 标 准化 的接 口 。Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ Ｃ ＡＴ是一 种 主 流 的 实时 工 业 以太 网现 场 总线 技 术 ，它 具 有 高 速 和 高 数 据
编 写 控 制 软 件 。数 控 系 统 的 性 能 取 决 于 计 算 机 硬 件 和数 控 软 件 功 能 ，而 数 控 软 件 的 功 能 、 可 靠
性 、 开 放性 和 开 发成 本 则 取 决 于 它 的 编程 语 言 。
Ｉ ／ ０ 等 的机 床 电 气 接 口在其 各 类 接 口 中 占有 较 大 比
胡 星 ，郇 极 ，靳 阳 ，刘 吉 吉
ＨＵ Ｘｉ ｎ ｇ ， ＨＵＡＮ Ｊ ｉ ， Ｊ Ｉ Ｎ Ｙａ ｎ ｇ， ＬＩ Ｕ Ｚｈ ｅ
（ 北京航空航天大学 机械工程及 自动化学院 ，北京 １ ０ ０ １ ９ １ ）
数控系统中的接口技术
置 。软 件环 境需 要 以微 机 为 基础 的现 代数 控 机床 控制 ， 复杂 控 制 功 能 能 够 根 据 需 要 实 现 加 工 质 其
量 的提 高 ， 工 时 问 进 一 步 缩 短 。可 以 自行 定 义 加 接 口与 软 件 平 台 的 开 放 式 数 控 系 统 面 向软 件 配
置 ， 功 能 能够 不 断集 成 于控 制系 统 中 ， 网络 化 其 使 的制 造环 境得 以形 成 。对 于机 床制 造 商和用 户 来
说非 常有 利 的一 点 是 ： 把控 制 系统软 、 件 彻底 分 硬
２ 数 控 装 置 的 显 示 功 能 接 口
１ 分类 ： 代 Ｃ Ｃ装 置采 用 Ｃ Ｔ Ｌ Ｄ作 为 ． 现 Ｎ Ｒ 、Ｃ
译 码 由软件 来 实 现 ， 用 程 序 查 询 的方 法 来 扫 描 采
键盘。
系统 是 指通 过控 制 传统 机 械加 工机 床 来进 行零 件
加工 的 计 算 机 系 统 。数 控 系 统 是 数 控 技 术 的 核 心 ， 上世纪 ９ 从 ０年 代初 开 放式 数控 系 统便 引起 人
２１ ００正
相 隔距离 较远 时可 采用 串行通 信方式 。 １ 常用 的 串行 通信 接 口 Ｒ ２２ ／０ ． ｓ３ ｃ ２ Ｍａ电流
环 、Ｓ２ ／ Ｓ４ Ｒ ４ ２ Ｒ ４ ９。
５ 其 他 接 口
手 轮 输 入 用 于 连 接 手 轮 Ｍ Ｇ 脉 冲 发 生 器 Ｐ
（ 称手 摇 脉 冲 发 生 器 ） 又 。它 广 泛 用 于 机 床 的 手 动轴 移动 操 作 。 Ｍ Ｇ 每 转 能 输 出 １０个 脉 冲 的 Ｐ ０
基于Matlab／Simulink数控伺服系统的建模仿真
关 键 词 ： ｔ ｂ Ｓｍｕｉｋ；数 控 伺 服 系 统 ；永 磁 同 步 电 机 ；仿 真 Ｍａｌ ／ ｉ ｌ ａ ｎ 中 图 分 类 号 ：Ｐ ７ Ｔ ２３ 文 献标 识码 ： Ａ
Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ｍ ｏ ｅｉ ｇ ｏ Ｍ Ｓ ｓ ｄ ｏ ａ ｌ ｂ ｉ ｌｔ ｎ ｄ ｌ ｆＰ ｏ ｎ Ｍ Ｂａ ｅ ｎ Ｍ ｔ ａ
永 磁 同步 伺 服 电机 作 为 机 床 控 制 的 主要 执 行 部
件 ， 运 行 的 精 度 和 稳 定 性 直 接 决 定 系 统 总 体 的 性 其 能 。永 磁 同 步 电 机 完 成 的 是 电 能 向 机 械 能 的 转 换 ， 要 用 数 学 表 达 式 来 描 述 它 ， 包 括 两 部 分 ： 气 部 分 和 应 电 机械 部分 。 电气 部 分 ， 磁 同 步 电 机 的 定 子 与 感 应 电 动 机 相 永 同 ， 三 相 对 称 交 流 绕 组 ， 转 子 是 一 个 钕 铁 硼 永 磁 是 而
三 相 电 流 源 逆 变 器 等 功 能 模 块 建 立 与 组 合 ， 建 了永 磁 同 步 电 机 控 制 系统 的 速 度 和 电 流 双 闭 环 仿 真 模 构
型 。根 据 数 控 伺 服 系统 的 性 能 要 求 ， 行 参 数 选 择 及 仿 真 。 仿 真 结 果 证 明 了该 系 统 模 型 的 有 效 性 ， 数 进 为
Ａｂｓ ｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ｉ ｔ ｂ／ ｉ ｌ ｋ。 ｈ ｏｃ ｓ ｓ ｈ ａ ｎ Ｍ ａ ｌ Ｓｍｕｉ ａ ｎ ｔ ｅｂｌ ｋ ， ｕｃ ｓ ＰＭ Ｍ ｏ ｋ，ｃ ｏ ｄｎ ｔ ｒｎｓ ｏ ｍａ ｉｎ ｆ ｒ ｄ ｑ ｄ ｔ ／ ／ Ｓ ｂｌｃ ｏ ｒ ｉａ ｅ ｔａ ｆ ｒ ｔｏ ｏ ｍｅ ／ ｏ ａｂ Ｃ ｂｌｃ ｏ ｋ，ｔ ｒ ｅ ｐｈ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｓ ｕｒ ｅ ｉｖｅｅ ｎ ｒ ｌ ｒ ｂ ｏ ｋ，ｅｃ ａ ｅ ｎ ｄ ｌ ．Ｂｙ ｔ ｅ ｏｒ ａ ｃ ｃ ｍｂｉａ ｈ ｅ ａ ｕｒｎ ｏ ｃ ｓ ｎ ｔｒ ｃ ｔｏ ｌ ｌ ｃ ｏ ｅ ｔ ．ｈ ｖｅ ｂ ｅ ｍｏ ｅｅ ｄ ｈ ｇ ｎｉ ｏ ｎ － ｔｏ ｈ ｓ ｌ ｃ ｓ ｗｏ ｃ ｎｔｏ ｏｏ ｌ ｓ ．Ｔｈｅｐａ ａ ｔ ｓ ａ ｅｃ ｏ ｅ ｙ ｔ ｅ ｐｅ ｆ ｒ ｎｃ ｆｓ ｒ ｏ ｓ ‘ ｉｎ ｏｆｔ ｅ ｅ ｂ ｏ ｋ ，ｔ ｏ ｒ ｌｌ ｐｓａ ｅ ｕ ｅ ｄ ｒ ｍｅ ｅ ｈ ｓ ｂ ｈ ｒｏ ｍａ ｅ ｏ ｅ ｖ ｙｓ ｒ ｌ ｄ ｔ ｍ．Ｔｈ ｅ ｓ ｎ ｂｉｔ ａ ｄ ｖ ｌ ｉｙ ｈ ｖ ｅ ｅ ｔｆｅ ｙ ｓｍｕｌｔ ｅ ｕｌ ａ ｄ ｔ ｓ ｎｏ ｅ ｔ ｏ ｆ ｓ ａ ｎｅ ｅ ｅ ｒａ ｏ ａ ｌ ｙ ｉ ｎ ａｉ ｔ ａ ｅ ｂｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｄ ｂ ｉ ａ ｅ ｒ ｓ ｔ ｎ ｈｉ ｖ ｌｍｅ ｈ ｄ ｏｆｅ ｗ ｄ ｉ ｒ
基于SERCOS接口的分布式离线插补数控系统设计
赵 涛等 ： 于 Ｓ Ｒ Ｏ 基 Ｅ Ｃ Ｓ接 口的分布 式 离线插补数控 系统设计
第 ４期
人交 Ｊ 机互
＋ ——
， ’ 伺 驱 器ｌ 一 服动 ： ：
ｓ
使各伺服轴的实时同步协调地运行 。 而实际反馈值取 自伺服电机
和机床 ， 一路送至驱动器 内部的位置 、 速度 、 扭矩控制子模块 ， 另
动器节点同时接收到 ＭＳ ， ＭＳ Ｔ 以 Ｔ为基准 ， 动内部的硬件定时 误差或延迟不超过 １０ 、精细度至 ｌ 的定时器 、５ 级线程 启 ｏ ｓ ｍｓ ２６
器（ 最小分辨率为 １ ）与存储在驱动器 内部的各 时间参数 ｔ ｓ， 作 优先级、 中断嵌套 、 优先权倒置等实时同步技术 ， 日本 已制造 出基
３１ 入式 操 作 系统平 台的选择 ．嵌
根据不同的应用场合 ， 上位机主控制器和下位机伺服驱动器
图 ３Ｓ Ｒ Ｏ Ｅ Ｃ Ｓ的环形拓扑结构
分 别进 行 选择 。
ＳＲ Ｏ Ｅ Ｃ Ｓ同步机制如下 ：Ｅ Ｃ Ｓ定义了三种 电报类 型分别 ＳＲ Ｏ
上位机数控系统的主控制器要求有人性化的人机交互界面
ｎ Ｃ ｎ Ｅ作为离线插补 比较 ， 如果相等则触发响应 的事件 ， 如电报发送时刻到来 ， 从站伺 于 Ｗｉ Ｅ平台的数控机床。因此本文选用 ＷｉＣ
下位机智能伺服驱动器也采用基于嵌 服驱动器将准备好 的伺服电报 Ａ Ｔ送至总线上由主站接收 。以 数控 系统的操作系统平台。 ￣ ／Ｓ Ｉ嵌 ＭＳ Ｔ为基准 ， 主站发送至从站的指令值和从站反馈给主站的实际 入式操作系统， ＣＯ —Ｉ 入式实时操作系统是一个源码公开 、 值分别在周期固定的时刻 ｔｔ时刻同步生效 ， ３４ 如图 ４所示 。 可移植 、 可固化 、 可裁剪 、 占先式的实时多任务操作系统， 是源码
基于多轴伺服驱动系统的FPGA接口电路设计
２０２１年３月第４９卷第５期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＭａｒ ２０２１Ｖｏｌ ４９Ｎｏ ５ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０２１ ０５ ０１５本文引用格式：贺政，彭端，龙晓斌．基于多轴伺服驱动系统的ＦＰＧＡ接口电路设计［Ｊ］．机床与液压，２０２１，４９（５）：７７－８２．ＨＥＺｈｅｎｇ，ＰＥＮＧＤｕａｎ，ＬＯＮＧＸｉａｏｂｉｎ．ＦＰＧＡｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔｄｅｓｉｇｎｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉａｘｉｓｓｅｒｖｏｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０２１，４９（５）：７７－８２．收稿日期：２０１９－１１－２５基金项目：广东省科技计划资助项目（２０１４Ａ０１０１０３０２５）作者简介：贺政（１９９３ ），男，硕士研究生，研究方向为多轴伺服驱动系统㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｈ＿ｅ＿ｚｈｅｎｇ＠１６３．ｃｏｍ㊂通信作者：彭端（１９６３ ），男，博士，教授，主要研究方向为通信ＶＬＳＩ及数字系统设计㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｐｅｎｇｎ＠１２６ ｃｏｍ㊂基于多轴伺服驱动系统的ＦＰＧＡ接口电路设计贺政１，彭端２，龙晓斌３（１ 广东工业大学信息工程学院，广东广州５１０００６；２ 广东工业大学实验教学部，广东广州５１０００６；３ 奥美森智能装备股份有限公司，广东中山５２８４５５）摘要：为了提高空调冷凝器折弯机多轴伺服驱动系统的稳定性和经济性，提出一种基于现场可编程门整列（ＦＰＧＡ）的多轴伺服驱动系统接口电路设计方案㊂通过ＦＰＧＡ实现了一种可支持８轴的脉冲多模式发送接口电路，可以适配伺服驱动器，对原有的空调冷凝器折弯机数控系统进行升级㊂采用硬件描述语言（ＶｅｒｉｌｏｇＨＤＬ），在Ｑｕａｒｔｕｓｐｒｉｍ集成开发环境下，在ＩｎｔｅｌＣｙｃｌｏｎｅ１０ＬＰ的ＦＰＧＡ硬件平台上进行验证㊂实验结果证明，接口电路能够稳定输出，达到空调冷凝器折弯机多轴数控系统的要求㊂关键词：ＦＰＧＡ接口电路；数控系统；多轴伺服驱动系统；脉冲模式中图分类号：ＴＮ９２９ ５ＦＰＧＡＩｎｔｅｒｆａｃｅＣｉｒｃｕｉｔＤｅｓｉｇｎＢａｓｅｄｏｎＭｕｌｔｉＡｘｉｓＳｅｒｖｏＤｒｉｖｅＳｙｓｔｅｍＨＥＺｈｅｎｇ１，ＰＥＮＧＤｕａｎ２，ＬＯＮＧＸｉａｏｂｉｎ３（１ ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧｕａｎｇｚｈｏｕＧｕａｎｇｄｏｎｇ５１０００６，Ｃｈｉｎａ；２ ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＴｅａｃｈｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧｕａｎｇｚｈｏｕＧｕａｎｇｄｏｎｇ５１０００６，Ｃｈｉｎａ；３ ＡｏｍｅｉｓｅｎＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＺｈｏｎｇｓｈａｎＧｕａｎｇｄｏｎｇ５２８４５５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｅｃｏｎｏｍｙｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉａｘｉｓｓｅｒｖｏｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍｆｏｒａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｃｏｎｄｅｎｓｅｒｂｅｎ⁃ｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ，ａｎｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎｆｉｅｌｄｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）ｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｔｈｅｍｕｌｔｉａｘｉｓｓｅｒ⁃ｖｏｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍ．Ａｐｕｌｓｅｍｕｌｔｉ⁃ｍｏｄｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｕｐｔｏ８ａｘｅｓｗａｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇＦＰＧＡ．ＩｔｃｏｕｌｄｂｅｕｓｅｄｔｏａｄａｐｔｔｏｔｈｅｓｅｒｖｏｄｒｉｖｅｒａｎｄｕｐｇｒａｄｅｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌＣＮＣｓｙｓｔｅｍｏｆａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｃｏｎｄｅｎｓｅｒｂｅｎｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ．ＵｓｉｎｇＶｅｒｉｌｏｇＨＤＬｌａｎｇｕａｇｅａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆＱｕａｒｔｕｓｐｒｉｍ，ｔｈｅＦＰＧＡｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔｗａｓｔｅｓｔｅｄｗｉｔｈＩｎｔｅｌＣｙｃｌｏｎｅ１０ＬＰ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔｃａｎｓｔａｂｌｙｏｕｔｐｕｔ，ｍｅｅｔｉｎｇｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｍｕｌｔｉａｘｉｓＣＮＣｓｙｓｔｅｍｏｆａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｃｏｎｄｅｎｓｅｒｂｅｎｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＰＧＡｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；Ｍｕｌｔｉａｘｉｓｓｅｒｖｏｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍ；Ｐｕｌｓｅｍｏｄｅｓ０㊀前言随着生活水平的提高，人们对空调的需求量越来越大㊂空调冷凝器是空调的重要组成部分，为了满足空调冷凝器的制造工艺要求，空调冷凝器折弯机数控伺服系统是生产空调冷凝器的重要装备，高性能多轴伺服驱动系统是空调冷凝器折弯机的核心部件［１］㊂ＦＰＧＡ的可编程性能优越，已经成为电机控制的热门研究领域，目前在自动化数控平台中作为伺服驱动方案得到了广泛的应用㊂在ＦＰＧＡ中进行数字接口电路的设计，可以大大缩短研发周期，并且利用其更快的响应速度㊁更好的动态性能㊁更高的控制精度，可以设计更多可靠的电路模块［２］㊂ＡＲＭ芯片是空调冷凝器折弯机常用的控制芯片，主要用于自动化控制系统的常规接口电路，能够满足正常的生产需求㊂目前ＡＲＭ芯片存在接口电路研发周期长㊁资源少和且只满足单一的脉冲发送方式等问题㊂基于上述问题提出了由ＦＰＧＡ作为接口芯片的多轴伺服驱动系统的接口电路设计方法，并设计了３种脉冲发送模式和电路㊂１㊀系统方案空调冷凝器折弯机数控多轴伺服驱动系统包含由ＡＲＭ作为核心芯片的上位机㊁伺服控制卡㊁伺服驱动器㊁伺服步进电机㊂ＦＭＣ为ＡＲＭ和ＦＰＧＡ之间的通信方式㊂ＦＭＣ作为中转接口，上位机通过ＦＭＣ将指令写入到存储器中（双口ＲＡＭ），信号发生器根据存储器中的指令可以产生预设的脉冲，整个过程在控制卡中完成，因此伺服控制卡是整个空调冷凝器折弯机数控多轴伺服驱动系统的重要组成部分㊂其实质是利用信号发生器，发出不同类型的方波，通过控制脉冲频率来调节电机速度，通过两路信号脉冲来调节电机正反转方向，通过脉冲个数来产生位移距离㊂因此基于ＦＰＧＡ的伺服控制卡调节可以实现电机的精准控制效果㊂空调冷凝器折弯机数控多轴伺服驱动系统结构如图１所示㊂图１㊀多轴伺服驱动系统架构１ １㊀ＦＭＣ数据接口模块ＡＲＭ跟ＦＰＧＡ的通信接口为ＦＭＣ接口，如图２所示㊂图２㊀ＦＭＣ接口模块原理ＦＭＣ通常被ＡＲＭ芯片用来跟其ＲＡＭ存储器进行通信，利用ＦＭＣ通信原理，可以将ＦＰＧＡ挂载到ＡＲＭ从属的ｂａｎｋ区域，来进行数据交互㊂图２输入信号包含有时钟ＣＬＫ㊁片选信号ＣＳ㊁读信号ＲＤ㊁写信号ＷＲ㊁地址信号ａｄｄｒ和输入输出数据ｄａｔａ信号以及电机反馈信号ＦＥＥＤＢＡＣＫ，图２中数字１ ８代表整个伺服系统的８个轴㊂输出信号包含有方向信号ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ㊁脉冲个数ＰＵＬＳＥ＿ＣＮＴ㊁脉冲频率信号ＰＵＬＳＥ＿ＦＲＥ㊂当片选信号ＣＳ为高电平时则进行读写操作㊂当ＣＳ为高且ＷＲ为高电平则与逻辑形成，ＡＲＭ开始在双口ＲＡＭ中写入数据㊂脉冲发生器收到ＣＳ为高电平和ＲＤ为高电平时就会开始产生符合预期的脉冲来控制电机㊂１ ２㊀伺服接口电路接口伺服控制卡和驱动器采用差分传输接口来进行连接通信㊂差分接口比单端信号更具有优势，它比单端信号更容易识别更小的信号㊂差分接口可以抗外部电磁干扰且比单端信号产生的电磁干扰更少，除此之外差分接口在单电源系统中能够从容处理双极信号㊂图３为八轴之一的伺服接口电路㊂图３㊀轴伺服接口电路２㊀ＦＰＧＡ设计２ １㊀信号发生器原理信号发生器采用直接数字式合成器ＤＤＳ（ＤｉｒｅｃｔＤｉｇｉｔａｌＳｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）原理㊂ＤＤＳ信号发生器主要包含有频率控制寄存器㊁高速相位累加器和正弦计算器三大部分㊂ＤＤＳ信号发生器的合成原理可得到如下公式：Ｆｃ㊃Ｋ＝Ｆｏ㊃２Ｎ（１）式中：Ｆｃ为系统时钟；Ｋ为频率控制字即步进控制；Ｆｏ为想要输出的频率；Ｎ为频率计数器内存位宽㊂通过式（１）可知在公式中已知的是频率计数器内存位宽Ｎ㊁输出频率Ｆｏ㊁系统时钟Ｆｃ，只需要求㊃８７㊃机床与液压第４９卷出频率控制字就可以得到想要的任意频率㊂由公式（１）可得到公式（２）：Ｋ＝Ｆｏ㊃２ＮＦｃ（２）当ＦＰＧＡ从ＡＲＭ中得到想要输出的信号Ｆｏ，然后通过频率控制寄存器得到频率控制字Ｋ，到达下一个状态，相位累加器开始计数翻转输出脉冲信号，如图４所示㊂图４㊀脉冲信号发生器结构２ ２㊀脉冲控制模块接口电路控制电机运动的核心是脉冲控制模块㊂脉冲控制模块有８个输入信号，分别为系统时钟ＣＬＫ㊁运动方向（ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ）㊁频率大小（Ｆ）㊁脉冲发送模式（ＭＯＤＥ）㊁脉冲个数（Ｔ）㊁复位信号（ＲＳＴ）以及读（ＲＤ）写（ＷＲ）信号和一个输出信号ＰＵＬＳＥ㊂读写信号一进来则脉冲控制模块开始工作，通过方向信号（ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ）来判断是正转还是反转，通过模式信号（ＭＯＤＥ）来选择脉冲发送的方式以及通过频率大小（Ｆ）和脉冲数（Ｔ）来获得预期需要的控制信号，如图５所示㊂图５㊀脉冲控制模块接口２ ３㊀脉冲模式一脉冲模式一为方向加脉冲㊂方向加脉冲是电机控制中最容易实现的脉冲方式，只需要两路通道就可以控制电机：一路为高低电平信号用来控制电机正转㊁反转，另一路则向电机输入预期的相应频率和个数的脉冲㊂因此电路结构原理设计框图如图６所示㊂图６㊀方向加脉冲设计框图图７为方向加脉冲模式的方向模块，直接由一个Ｄ触发器构成，输出方向信号（ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ），名称叫做Ａｘｉｓ１Ｆ１：Ａｘｉｓ１Ｆ１＿ｉｎｓｔ㊂脉冲模块是一个信号发生器模块，主要负责控制电机运动的频率脉冲㊂图７㊀模式一方向电路２ ４㊀脉冲模式二脉冲模式二为ＣＷ（正转）加ＣＣＷ（反转）脉冲㊂ＣＷ定义第一路为低电平，第二路发送脉冲时电机正转㊂ＣＣＷ定义第一路发送脉冲，第二路为低电平时电机反转㊂由脉冲通道和高低电平通道的转换来达到控制电机运动的方向，从而实现对电机的精确控制㊂电路原理设计框图如图８所示㊂图８㊀电路原理设计框图ＣＷ加ＣＣＷ脉冲模式，Ａ㊁Ｂ通道功能一致，能发送高低电平和脉冲㊂图９为实现ＣＷ加ＣＣＷ的功能模块㊂图９中的Ａ和Ｂ模块都是由一个方向加脉冲模式组成，在两个方向加脉冲的基础上加入了一个选择器即可实现ＣＷ加ＣＣＷ脉冲模式㊂接收到正转和反转指令即可实现高㊁低电平通道和脉冲通道的切换㊂具体实现逻辑框图如图１０所示㊂㊃９７㊃第５期贺政等：基于多轴伺服驱动系统的ＦＰＧＡ接口电路设计㊀㊀㊀图９㊀电路ＲＴＬ模块图１０㊀ＣＷ＋ＣＣＷ接口数字电路图２ ５㊀脉冲模式三脉冲模式三为Ａ＋Ｂ正交脉冲输出㊂Ａ＋Ｂ正交脉冲模式没有高㊁低电平通道，Ａ跟Ｂ通道都为脉冲发送通道，通过相位的变换来实现对电机运动方向的控制，除此之外还可以对电机进行２倍频和４倍频㊂用Ａ通道相对Ｂ通道相位超前９０ʎ或者滞后９０ʎ来定义正转㊁反转㊂电路结构原理如图１１所示㊂图１１㊀Ａ＋Ｂ正交脉冲电路原理Ａ＋Ｂ正交脉冲接口电路结构中，Ａ模块和Ｂ模块通过３个Ｄ触发器和３个异或逻辑实现两路通道的相位差超前或滞后９０ʎ㊂Ａ模块和Ｂ模块又都是独立的模块，要单独输入时钟㊁复位信号和方向信号以及数据信号㊂２ ６㊀基于ＦＰＧＡ的伺服控制卡接口电路综合设计目前空调冷凝器折弯机采用单种脉冲发送模式，常用的为方向加脉冲㊂为了使数控系统能实现更高速㊁更精确和更稳定的电机控制，有必要实现３种模式任选功能㊂ＦＰＧＡ资源丰富且比ＡＲＭ的开发更灵活，可以实现３种脉冲发送模式㊂当上位机选择好模式以后，脉冲信号控制器就可以按照该种模式去控制电机，如图１２所示㊂图１２㊀接口电路综合设计伺服控制卡接口综合电路通过１６个Ｄ触发器和５５个选择器来对３种脉冲模式进行选择和配置，从而达到３种模式任意切换且精确控制电机的效果㊂３ ＦＰＧＡ板级验证设计采用Ｉｎｔｅｌ最新系列的ＦＰＧＡ芯片，以及最新版的开发软件Ｑｕａｒｔｕｓｐｒｉｍ作为开发工具，使用Ｖｅｒｉｌｏｇ硬件描述语言㊂开发平台是围绕ＳＴＭ３２７４３和ＩｎｔｅｌＣｙｃｌｏｎｅ１０ＬＰ芯片的硬件平台㊂３ １㊀脉冲模式一测试将示波器的两通道探头分别接入差分接口的Ａ㊁Ｂ通道㊂图１３为方向加脉冲的实际效果，方向Ａ通道，脉冲Ｂ通道㊂图１３（ａ）中方向为低电平，与此同时㊃０８㊃机床与液压第４９卷Ｂ通道发送出了一定频率㊁一定脉冲数的方波脉冲，这时电机反转㊂图１３（ｂ）中Ａ通道由低电平转为高电平则电机由反转变为正转，Ｂ为有一定频率和一定脉冲数的脉冲㊂实验结果表明接口电路设计达到了预期的效果㊂在ＩｎｔｅｌＣｙｃｌｏｎｅ１０ＬＰ上设计的脉冲模式一资源消耗如表１所示㊂图１３㊀脉冲模式一输出信号表１㊀脉冲模式一资源消耗资源占比／％ＬＵＴ１ＦＦ１Ｉ／Ｏ３０ＢＵＦＧ１３ ２㊀脉冲模式二测试图１４为ＣＷ加ＣＣＷ的示波器实测结果㊂图１４㊀脉冲模式二输出信号Ａ通道为低电平时Ｂ通道发出具有一定频率和脉冲个数的脉冲控制信号，电机以一定的速度正转一段距离㊂当Ａ通道发出具有一定频率和脉冲个数的脉冲控制信号时，Ｂ通道为低电平，此时电机以一定速度反转一段距离㊂实验结果表明脉冲模式二的接口电路设计达到预期效果㊂在ＩｎｔｅｌＣｙｃｌｏｎｅ１０ＬＰ上设计的脉冲模式二资源消耗如表２所示㊂表２㊀脉冲模式二接口电路资源消耗资源占比／％ＬＵＴ８ＦＦ５Ｉ／Ｏ３０ＢＵＦＧ２３ ３㊀脉冲模式三测试Ａ＋Ｂ正交脉冲的输出和第一㊁第二模式很相似，只需要对Ａ㊁Ｂ两通道作一些相位控制，主要是Ａ㊁Ｂ两通道相位呈９０ʎ的超前和滞后㊂图１５分别展示了正转和反转的实测效果㊂图１５㊀脉冲模式三效果图１５是Ａ＋Ｂ正交脉冲示波器实验结果，有Ａ相通道和Ｂ相通道㊂当Ａ相信号超前Ｂ相信号９０ʎ时则电机以一定速度正转一段距离㊂图１５（ｂ）为Ａ相信号滞后Ｂ相信号９０ʎ，电机以一定速度反转一段距离㊂在ＩｎｔｅｌＣｙｃｌｏｎｅ１０ＬＰ上设计的脉冲模式三资源消耗如表３所示㊂表３㊀脉冲模式三资源消耗资源占比／％ＬＵＴ１０ＦＦ６Ｉ／Ｏ３０ＢＵＦＧ４４㊀结论根据空调冷凝器折弯机自动化数控伺服驱动系统的关键技术，提出了基于多轴伺服驱动系统的ＦＰＧＡ接口电路㊂该电路可实现３种模式脉冲，进行了ＦＰＧＡ板级验证，满足多轴伺服驱动系统升级需求，对空调冷凝器折弯机的性能提升具有重要意义㊂参考文献：［１］黄玉平，仲悦，郑再平．基于ＦＰＧＡ的伺服系统数字控制技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０１５：２９３－３０６．［２］李俊杰．多轴系统高精度同步控制［Ｄ］．西安：西安电子科技大学，２０１２：２．ＬＩＪＪ．Ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｍｕｌｔｉ⁃ａｘｉｓｓｙｓｔｅｍｓ［Ｄ］．Ｘｉ ａｎ：ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１２：２．［３］张从鹏，刘同，赵康康．基于ＤＳＣ和ＦＰＧＡ的运动控制卡设计［Ｊ］．机床与液压，２０１６，４４（２）：１５６－１５８．ＺＨＡＮＧＣＰ，ＬＩＵＴ，ＺＨＡＯＫＫ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ⁃ｌｅｒｂａｓｅｄｏｎＤＳＣａｎｄＦＰＧＡ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕ⁃ｌｉｃｓ，２０１６，４４（２）：１５６－１５８．［４］王涛，王扶林．基于ＤＳＰ＋ＣＰＬＤ＋ＦＰＧＡ的运动控制卡的设计［Ｊ］．机械制造，２００９，４７（９）：３９－４１．ＷＡＮＧＴ，ＷＡＮＧＦＬ．ＤｅｓｉｇｎｏｆｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｃａｒｄｂａｓｅｄｏｎＤＳＰ＋ＣＰＬＤ＋ＦＰＧＡ［Ｊ］．Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，２００９，４７（９）：３９－４１．［５］赖晓丰，刘敬猛，顾天宇，等．基于ＰＣ和ＦＰＧＡ的运动控制系统［Ｊ］．电子技术应用，２０１１，３７（４）：１３０－１３２．ＬＡＩＸＦ，ＬＩＵＪＭ，ＧＵＴＹ，ｅｔａｌ．Ｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ㊃１８㊃第５期贺政等：基于多轴伺服驱动系统的ＦＰＧＡ接口电路设计㊀㊀㊀ｂａｓｅｄｏｎＰＣａｎｄＦＰＧＡ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈ⁃ｎｉｑｕｅ，２０１１，３７（４）：１３０－１３２．［６］ＧＵＯＪＸ，ＸＵＥＷＣ，ＨＵＴ．ＡｃｔｉｖｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｒｅｊｅｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒＰＭＬＭｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍｉｎＣＮＣｍａｃｈｉｎｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｙｓｔｅｍｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＣｏｍｐｌｅｘｉｔｙ，２０１６，２９（１）：７４－９８．［７］ＪＥＯＮＪＷ．ＡＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｔｈｅａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｆＣＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆｔｈｅ１９９６ＩＥＥＥＩＥＣＯＮ２２ｎｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＩｎ⁃ｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｔａｉｗａｎ：ＩＥＥＥ，１９９６：１２８３－１２８８．［８］ＷＥＮＱＧ，ＬＩＡＮＧＹＣ，ＡＤＲＩＡＮＯＴ，ｅｔａｌ．ＡｎｏｖｅｌｉｔｅｒａｔｉｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｉｔｓＦＰＧＡｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｒｉｇｏｎｏｍｅｔｒｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０１９，２８（２）：２３７－２４５．［９］戴世界．多轴精密数控系统的研究［Ｄ］．厦门：厦门大学，２００９．ＤＡＩＳＪ．ＳｔｕｄｙｏｎｍｕｌｔｉａｘｉａｌａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎＮＣｓｙｓｔｅｍ［Ｄ］．Ｘｉａｍｅｎ：ＸｉａｍｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００９．［１０］黄海滨．多轴运动控制接口电路设计及其在ＦＰＧＡ中的实现［Ｄ］．大连：大连理工大学，２０１７．ＨＵＡＮＧＨＢ．Ｍｕｌｔｉ⁃ａｘｉｓｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔｄｅｓｉｇｎｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｉｎＦＰＧＡ［Ｄ］．Ｄａｌｉａｎ：ＤａｌｉａｎＵｎｉ⁃ｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１７．［１１］钱志恒，周亚军．基于ＤＳＰ和ＦＰＧＡ的运动控制器［Ｊ］．机电工程，２００９，２６（１）：３８－４１．ＱＩＡＮＺＨ，ＺＨＯＵＹＪ．ＭｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎＤＳＰａｎｄＦＰＧＡ［Ｊ］．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｇ⁃ａｚｉｎｅ，２００９，２６（１）：３８－４１．［１２］刘岩，丁大伟．基于ＤＳＰ－ＦＰＧＡ的多轴运动控制系统设计［Ｊ］．制造业自动化，２０１２，３４（７）：２３－２６．ＬＩＵＹ，ＤＩＮＧＤＷ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｍｕｌｔｉ⁃ａｘｉｓｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＤＳＰ－ＦＰＧＡ［Ｊ］．ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＡｕｔｏｍａ⁃ｔｉｏｎ，２０１２，３４（７）：２３－２６．［１３］杨启杰．驱控一体化多轴机器人运动控制系统的研究与开发［Ｄ］．上海：上海交通大学，２０１７．ＹＡＮＧＱＪ．Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｅｒｖｏ⁃ａｎｄ⁃ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｍｕｌｔｉ⁃ａｘｉｓｒｏｂｏｔ［Ｄ］．Ｓｈａｎｇｈａｉ：ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１７．［１４］史俊波．基于ＦＰＧＡ的可编程运动控制器的设计与实现［Ｄ］．武汉：华中科技大学，２０１６．ＳＨＩＪＢ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｍａ⁃ｂｌｅｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ［Ｄ］．Ｗｕｈａｎ：Ｈｕａ⁃ｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６．［１５］王小娟，杨玲玲．基于ＰＭＡＣ的五轴数控铣床系统设计［Ｊ］．山西农业大学学报（自然科学版），２００９，２９（６）：５１３－５１６．ＷＡＮＧＸＪ，ＹＡＮＧＬＬ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｆｉｖｅ⁃ａｘｉｓＮＣｍｉｌｌｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＰＭＡＣ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｎｘｉＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２００９，２９（６）：５１３－５１６．（责任编辑：张艳君）（上接第１３４页）［２］ＳＡＭＵＥＬＰＤ，ＰＩＮＥＳＤＪ．Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙｆｏｒｐｌａｎｅｔａｒｙｇｅａｒｈｅａｌｔｈｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ７ｔｈＡｎｎｕａｌＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＳｍａｒｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ．ＮｅｗｐｏｒｔＢｅａｃｈ：ＳＰＩ，２０００．［３］ＺＨＡＮＧＬＮ，ＷＡＮＧＹ，ＷＵＫ，ｅｔａｌ．Ｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｔｗｏ⁃ｓｔａｇｅｃｌｏｓｅｄ⁃ｆｏｒｍｐｌａｎｅｔａｒｙｇｅａｒｔｒａｉｎ［Ｊ］．ＭｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄＭａｃｈｉｎｅＴｈｅｏｒｙ，２０１６，９７：１２－２８．［４］ＥＲＩＣＳＯＮＴＭ，ＰＡＲＫＥＲＲＧ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｏｒｑｕｅｏｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｐｌａｎｅｔａｒｙｇｅａｒｓ［Ｊ］．ＭｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄＭａｃｈｉｎｅＴｈｅｏｒｙ，２０１４，７４：３７０－３８９．［５］雷亚国，汤伟，孔德同，等．基于传动机理分析的行星齿轮箱振动信号仿真及其故障诊断［Ｊ］．机械工程学报，２０１４，５０（１７）：６１－６８．ＬＥＩＹＧ，ＴＡＮＧＷ，ＫＯＮＧＤＴ，ｅｔａｌ．Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓｉｍ⁃ｕｌａｔｉｏｎａｎｄｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｐｌａｎｅｔａｒｙｇｅａｒｂｏｘｅｓｂａｓｅｄｏｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４，５０（１７）：６１－６８．［６］杨锐，姜宏，章翔峰，等．含太阳轮缺齿故障的行星齿轮传动系统动态特性研究［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２０１８（７）：７８－８１．ＹＡＮＧＲ，ＪＩＡＮＧＨ，ＺＨＡＮＧＸＦ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｌａｎｅｔａｒｙｇｅａｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｍｉｓｓｉｎｇｔｅｅｔｈｆａｕｌｔｉｎｔｈｅｓｕｎｇｅａｒ［Ｊ］．ＭｏｄｕｌａｒＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆ＡｕｔｏｍａｔｉｃＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ，２０１８（７）：７８－８１．［７］周建星，孙文磊，曹莉，等．行星齿轮传动系统碰撞振动特性研究［Ｊ］．西安交通大学学报，２０１６，５０（３）：１６－２１．ＺＨＯＵＪＸ，ＳＵＮＷＬ，ＣＡＯＬ，ｅｔａｌ．Ｖｉｂｒｏ⁃ｉｍｐａｃｔｃｈａｒａｃ⁃ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｌａｎｅｔａｒｙｇｅａｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１６，５０（３）：１６－２１．［８］杨锐，周建星，姜宏，等．行星齿轮传动系统断齿故障下动态特性研究［Ｊ］．机械传动，２０１８，４２（１１）：３３－３９．ＹＡＮＧＲ，ＺＨＯＵＪＸ，ＪＩＡＮＧＨ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｐｌａｎｅｔａｒｙｇｅａｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｔｏｏｔｈ⁃ｂｒｅａｋｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，２０１８，４２（１１）：３３－３９．［９］周建星，刘更，吴立言．含弹性支撑的船用减速器箱体动态特性［Ｊ］．哈尔滨工业大学学报，２０１２，４４（７）：９７－１０１．ＺＨＯＵＪＸ，ＬＩＵＧ，ＷＵＬＹ．Ｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍａｒｉｎｅｐｌａｎｅｔａｒｙｒｅｄｕｃｅｒｗｉｔｈｅｌａｓｔｉｃｓｕｐｐｏｒｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，４４（７）：９７－１０１．（责任编辑：张楠）㊃２８㊃机床与液压第４９卷。
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课程设计题目伺服电机驱动器计算机接口设计基于通用数控系统的伺服接口设计学院工学院专业机械设计制造及其自动化班级2012卓越工程师学生学号指导教师二〇一四年十二月二十六日摘要数控伺服系统是根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。
数控伺服系统是以机械位置或角度作为控制量的自动控制系统，在数控机床、机器人系统中，由伺服系统接收控制指令经变换和传递放大,转化为伺服电动机驱动机械部件的高精度运动。
数控伺服系统通常控制系统提供C语言函数库和Windows动态链接库，实现复杂的控制功能。
伺服电机驱动器控制接口能够将控制函数与自己控制系统所需的数据处理，界面显示等联系在一起。
控制接口包括通用的计算机接口（如PS2 USB VGA LAN）以及运动控制专用接口，可以实现普通PC机的所有基本功能，是一种理想的方案。
伺服电机可以用驱动器控制两路甚至多路电机，可以实现机床的各种功能。
伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。
一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。
国内外伺服控制器的水平主要体现在三个方面：硬件方案、核心控制算法以及应用软件功能。
国内的伺服控制器所采用的硬件平台和国外产品没有太大的差距。
国内伺服控制器的差距主要体现在控制算法和二次开发平台的易用性方面。
尤其是在全数字化的高性能伺服驱动技术方面还有很大差距，已经成为我国发展高性能数控系统产业的“瓶颈”问题。
国外的产品提供了比较好的产品升级功能及良好的软件开发环境，降低了对开发人员的要求，在一定程度上促进了产品的市场推广。
同时提供了丰富的通讯接口可以方便的与其他设备进行数据交互，人性化好。
关键词：机电系统；伺服接口；数控系统；接口设计目录摘要 (1)前言 (3)1数控车床系统原理结构框图 (4)1.1 数控系统各个组成部分的功能 (4)1.2 数控系统各个组成部分的接口特性 (5)1.3数控系统电气原理图 (6)2.计算机控制电路的设计 (6)2.1伺服驱动器的电路分析 (6)2.1.1光电耦合电路 (6)2.1.2光电耦合电路的工作原理 (7)2.1.3伺服驱动器的接线端 (7)2.2位置指令输出信号的控制电路的设计 (8)2.2.1位置指令输出信号控制机的接线端 (8)2.2.1差分驱动器 (8)2.3计算机与伺服驱动器的连接 (9)2.3.1计算机与伺服驱动器的连接方法 (9)3.控制信号及反馈信号的分析 (9)3.1计算机数控装置控制信号的输出及反馈信号的输入 (9)3.2伺服驱动器的控制信号 (10)3.3光电编码器角位移信号 (11)结论 (13)参考文献 (14)前言随着现代技术与先进电子元器件的发展，交流伺服系统在现代工业生产中获得了广泛的应用。
伺服驱动器（servo drives）又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。
一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。
目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器作为控制的核心，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。
功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。
功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。
经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。
功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。
整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。
随着伺服系统的大规模应用，伺服驱动器使用、伺服驱动器调试、伺服驱动器维修都是伺服驱动器在当今比较重要的技术课题，越来越多工控技术服务商对伺服驱动器进行了技术深层次研究。
本说明书重点对基于通用数控系统的伺服接口设计进行介绍。
首先，先概述一下数控车床系统原理及结构，对各部分的功能及接口特性加以说明,对信号流向加以分析。
其次，根据机电系统功能要求，完成电气控制设计，并画出电气控制电路原理图。
另外，分析计算机数控装置的输出控制信号、反馈输入信号；分析伺服驱动器的控制信号，绘制计算机数控装置与伺服控制器系统接线图。
分析数控装置控制信号的特征（脉冲+方向），以及伺服电动机的光电编码器角位移信号的特点，说明电动机转向变化时，角位移编码器A、 B 相位变化，控制命令（脉冲+方向）和位移反馈信号（频率、相位）的对应关系。
最后，总结一下这次课程设计的成果。
1数控车床系统原理结构框图1.1 数控系统各个组成部分的功能在输入电源和交流伺服驱动单元之间必须安装断路器和交流接触器，断路器、接触器不仅是作为驱动单元的电源开关，同时还对电源起保护作用；还应有隔离变压器、滤波器。
a.断路器及接触器（必需设备）（1）断路器是一种可以自动切断故障线路的保护开关，具有电路过载、短路、欠压保护功能。
驱动单元本身有150％，30min 的过载能力，为了充分发挥驱动单元的过载能力。
(2)安装交流接触器，通过电气保护电路控制驱动装置的电源接通和关断，可以在系统故障时，迅速切断驱动装置的电源，有效保证了故障进一步的扩大。
b.三相交流滤波器（推荐设备）三相交流滤波器是一种无源低通滤波器，滤波频段在10kHz～30MHz 之间，用来抑制驱动单元电源端发出的高频噪声干扰。
一般情况可以不安装，当驱动单元产生的高频噪声干扰影响到用户使用环境中其它设备的正常工作时，建议安装。
c.隔离变压器（必需设备）使用隔离变压器给伺服单元供电，可以减少伺服单元受电源、电磁场干扰的可能性。
隔离变压器的选型，应根据驱动装置的额定容量、负荷率及占载率来确定：伺服电动机功率≥1kW 时必须采用三相隔离变压器供电；单个轴时，以隔离变压器容量≥伺服电动机功率×80％为宜，用户可在伺服电动机功率的70％至100％之间选择隔离变压器容量；两个轴以上时，以隔离变压器容量≥总伺服电动机功率×70％为宜，用户可在总伺服电动机功率的60％至80％之间选择隔离变压器容量。
d.伺服驱动器伺服驱动器（servo drives）又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。
一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。
目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。
功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。
功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。
经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM 电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。
功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。
整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。
e.编码器编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。
编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。
按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。
增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。
绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。
1.2 数控系统各个组成部分的接口特性（1）驱动单元的电机编码器接口CN2 是25 孔式插座，制作连接线用的连接应该是25 针式插头。
（2）驱动单元的控制信号接口CN1 是44 针式插座，制作控制线用的连接器该是44 孔式插座。
（3）VCMD+（CN1-17）/ VCMD-（CN1-1）为速度指令输入端，最大接收10V 直流电压信号，端口输入阻抗为15K Ω。
（4）伺服单元无24V 电源输出，开关量信号输入时需要在外部配备24V 使用电源。
规格要求：DC15V ～24V ， 100mA 以上。
建议与输出电路使用同一电源。
COM ＋（CN1-38/39）为输入点公共端，DG （CN1-32/33）为输出点的公共端。
1.3数控系统电气原理图2.计算机控制电路的设计本次主要针对位置指令输入信号计算机的控制电路设计，位置指令输入信号电路在伺服驱动器的接线端子分别为+PULS 、-PULS 、+SIGN 、-SIGN 。
2.1伺服驱动器的电路分析2.1.1光电耦合电路光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。
它由发光源和受光器两部分组成。
把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。
发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。
它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。
目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。
光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。
输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。
这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。
由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。
光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。
（外形有金属圆壳封装，塑封双列直插等）。
2.1.2光电耦合电路的工作原理当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发红光，光敏元件受到光照后产生电流，电路导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，电路不通。
对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“ 0”。