基于工控机的伺服控制系统设计

合集下载

伺服控制系统(设计)

第一章伺服系统概述伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。

在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确地尾随输入量的变化，因此又称之为随动系统或者自动跟踪系统。

机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。

近年来，随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及机电创造工艺水平的逐步提高，伺服技术已迎来了新的发展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步机电、感应电机为伺服机电的新一代交流伺服系统。

目前，伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用，而且在许多高科技领域，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路创造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性创造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。

1.1 伺服系统的基本概念1.1.1 伺服系统的定义“伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行住手。

伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵便方便的控制。

1.1.2 伺服系统的组成伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。

它由检测部份、误差放大部份、部份及被控对象组成。

1.1.3 伺服系统性能的基本要求1 )精度高。

伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。

2 )稳定性好。

稳定是指系统在给定输入或者外界干扰的作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。

3 )快速响应。

响应速度是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。

4)调速范围宽。

调速范围是指生产机械要求机电能提供的最高转速和最低转速之比。

5 )低速大转矩。

在伺服控制系统中，通常要求在低速时为恒转矩控制，电机能够提供较大的输出转矩；在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。

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。

基于PLC与HMI的伺服电机运动控制系统设计与实现

基于PLC与HMI的伺服电机运动控制系统设计与实现摘要：随着计算机技术、可编程控制器及触摸屏科技的进步，现在机械制造行业几种控制系统越来越多的被应用到处理复杂事务中使其变得处理简易，在生活中，几种控制系统的应用提高了生产效率，使我们生活变得简单化，提高了机械产品的安全性和可操作性。

本文提出了选用S7-200SMARTCPUST30PLC为主控制器，发送脉冲指令作为伺服驱动器的输入信号，通过伺服驱动器实现对伺服电机前/后点动及连续运转、相对/绝对位置的精确控制以及自动查找参考点等操作，由SMART1000IEV3触摸屏搭建监控画面的思路。

关键词：伺服电机；PLC；运动控制；HMI1、系统总体方案设计1.1PLC和HMI简介1.1.1可编程里辑控制器简介可编辑逻辑控制器简称PLC，能够适应工作环境较为恶劣的条件，适用范围较广。

另外，PLC的维护较为方便，使用可靠性比较高。

CPU的运行状态是决定系统流畅的重要保证，而PLC的工作状态就是通过软件控制CPU的运行情况，当然通过硬件开关进行强制控制也是一种有效的控制手段，比如在进行测试阶段或者对系统进行检修时，硬件控制是一种较为方便的方式。

1.1.2 HMI简介随着我国工业水平提高，在生产过程中生产工艺越来越复杂，生产设备也在不断更新换代，生产控制人员不仅仅要对生产的每个流程熟知，还要对设备运行状况了解，做到设备运转的透明化。

HMI便是实现人机互通的关键技术，它实现了工作人员与机器之间的可靠连接。

在工作人员与Wincc flexible之间，HMI是实现二者链接的重要接口。

在控制器与Wincc flexible之间也同样需要这样的接口。

1.2 总体方案设计整个系统分为硬件设计、PLC程序设计、HMI与PLC通讯、系统实验调试共4部分。

硬件方面，主控制器选用S7-200SMARTCPUST30PLC，发送脉冲指令作为台达伺服驱动器（ASDA-B2-0121-B）的输入信号；通过伺服驱动器实现控制伺服电机（ASDAB2）的旋转速度和驱动丝杆滑台的移动位置[1]。

基于PID控制交流伺服系统设计与实现

1 绪论1.1 课题背景及研究意义自动控制系统不仅在理论上飞速发展，在其应用器件上也日新月异。

模块化、数字化、高精度、长寿命的器件每隔3～5年就有更新换代的产品面市。

传统的交流伺服电机特性软，并且其输出特性不是单值的；步进电机一般为开环控制而无法准确定位，电动机本身还有速度谐振区，PWM调速系统对位置跟踪性能较差，变频调速较简单但精度有时不够，直流电机伺服系统以其优良的性能被广泛的应用于位置随动系统中，但其也有缺点，例如结构复杂，在超低速时死区矛盾突出，并且换向刷会带来噪声和维护保养问题[1]。

开放式数控系统是一项起步不久的新技术，是当今数控技术发展的趋势。

自80年代末开放式数控系统的概念出现以来，至今基本形成了3种类型的结构：在专有系统中简单的嵌入PC技术；运动控制器以PC插件的形式插入到PC机扩展槽；完全采用以通用PC为硬件平台的全软件型数控系统[2]。

实践表明，虽然全软件型数控提供了高度开放的体系结构，但由于操作系统的实时性、标准统一性及系统稳定性等一系列问题，其系统实现技术还处于研究和实验阶段。

随着计算机集成制造技术的迅猛发展，开放化、集成化与模块化已成为数控系统的重要特性。

开放式数控系统具有良好的软硬件重构特性，更能有效地满足当今市场的需求，已成为数控系统发展的主要趋势。

PC机+ 可编程运动控制器作为开放式数控系统的一种，它支持用户的开发和扩展，具有上、下两级开放的特性，结合PC机友好人机界面和可编程运动控制器强大的控制计算能力，更能弥补单一模式在开放式数控系统设计中的不足[3.4]。

P（比例）I（积分）D（微分）调节是自动控制系统中最早产生的一种方法，自20世纪40年代美国布朗仪表公司推出PID气动调节器以来，PID控制器在工业生产控制中的应用已有几十年的历史。

PID调节控制简单且效果显著，它不需用具体的数学模型，而是只调整P、I、D三个参数使系统达到较好的输出能力即可。

PID调节器可以实现智能化是因为PID调节器比较完整地模拟人工的粗调、精调和提前调的动作，而PID调剂的鲁棒性[5]则是在一个交宽范围内变化[6]。

伺服控制系统课程设计

伺服控制系统课程设计一、教学目标本节课的教学目标是使学生掌握伺服控制系统的基本原理、组成和应用，能够分析简单的伺服控制系统，并具备初步的设计和调试能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）了解伺服控制系统的定义、分类和基本原理；（2）掌握伺服控制系统的组成及其作用；（3）熟悉伺服控制系统的应用领域。

2.技能目标：（1）能够分析简单的伺服控制系统；（2）具备伺服控制系统的设计和调试能力；（3）学会使用相关仪器仪表和软件进行伺服控制系统的分析和设计。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的创新意识和团队合作精神；（2）增强学生对自动化领域的兴趣和责任感；（3）提高学生解决实际问题的能力。

二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.伺服控制系统的定义、分类和基本原理；2.伺服控制系统的组成及其作用；3.伺服控制系统的应用领域；4.伺服控制系统的设计和调试方法；5.相关仪器仪表和软件的使用。

三、教学方法为了达到本节课的教学目标，将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解伺服控制系统的基本原理、组成和应用；2.讨论法：引导学生讨论伺服控制系统的设计和调试方法；3.案例分析法：分析具体的伺服控制系统实例，加深学生对知识的理解；4.实验法：让学生动手进行伺服控制系统的设计和调试，提高实际操作能力。

四、教学资源为了支持本节课的教学内容和教学方法，将准备以下教学资源：1.教材：伺服控制系统相关教材；2.参考书：介绍伺服控制系统的相关书籍；3.多媒体资料：课件、视频、图片等；4.实验设备：伺服控制系统实验装置；5.软件：伺服控制系统分析和设计软件。

五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，将采用以下评估方式：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，了解学生的学习状态；2.作业：布置与课程内容相关的作业，检查学生对知识的理解和应用能力；3.考试：定期进行考试，检验学生对课程知识的掌握程度；4.实验报告：评估学生在实验过程中的操作能力和分析问题的能力；5.小组项目：评估学生在团队合作中的表现以及对知识的综合运用能力。

基于单片机的伺服电机控制系统设计

• 146•基于单片机的伺服电机控制系统设计郴州职业技术学院张玲玲当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。

其中，步进电机是最常见的一种控制电机，在各领域中：如加工中心，打印机、自动化生产线等等场合都可以得到应用。

研究伺服电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。

本系统是基于80C51的伺服电机控制系统，在脉冲控制控制作用下控制电机运行于0-3000转/分钟，并实现正转与反转。

1 引言在自动控制系统中，伺服电动机作为执行元件，作用是把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

它有直流电机和交流电机之分。

其中交流伺服有更广的适用性。

交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向。

本文介绍如何使用C8051F060来控制交流伺服电机，使电机运行于0-3000转/分钟的任意转速。

2 系统设计图1所示是伺服电机控制系统，它以C8051F060为核心，同时还有显示电路、编码器、编码器处理电路、RS485通信电路、伺服电机驱动电路、伺服电机。

图1 伺服电机控制系统图3 电路及原理3.1 主芯片介绍C8051F060是Silicon Lab 公司出品的完全集成的混合信号片上系统型MCU 。

它使用了Cygnal 专利的高速、流水线结构以及与MCS-51指令集完全兼容的CIP251微处理器内核。

C8051F060具有P0-P7，共计8个端口，64个可以实际使用的IO 。

3.2 LED电路如图2所示，系统使用6个LED 数码管显示伺服电机的转速，LED 数码管采用MC14489芯片进行驱动，MC14489采用SPI 通信方式和CPU 进行通信，可以节省IO 口的使用。

3.3 编码器及处理电路系统采用多个BCD 拨码开关来设置系统运行参数。

BCD 拨码开关是十进制输入，BCD 码输出，又称为8421拨码开关。

每位BCD 拨码开关可输入1位10进制数。

每个BCD 拨码开关后面有5个接点，其中C 为输入控制线，另外4根是BCD 码输出信号线。

基于工控机的位置伺服同步系统的开发

图１系统整体结构简图
２硬件接口电路
ＰＬ３Ｃ８３是由研华公司生产的２４位可逆计数
功能板，同时实现２台伺服电机间同步传动的柔可
性化控制，之满足数控机床的多轴联动要求。使
现对２台伺服电机的控制。
（）适合ＩＭＰ／Ｔ和兼容机（Ｓ９ＢＣＡＩＡ总线）。
收稿日期：０２—０２０４—２２修订日期：Ｏ２—０２０６—０４
作者简介：建洲（９１，，肃陇西人，学硕士，军雷达学院基础部讲师，要研究方向：电智能控制及开关电源技术研究。权１７一）男甘工空主机
ｌｌ
算
机
Ｍｌ变频调速器Ｆ—— ３
统的管理和产生指令，各轴控制则由各单独从机而
控制单元完成＿２。以Ｐｌ＇ＪＣ工控机为核心的控制系统，管理与控制为一体，用ＰＬ３、Ｃ７８块集运Ｃ８３ＰＬ２两
（）最大脉冲输入频率２向计数和正反向计数；３方（）１２４３倍频方式；４、、种
（）具有对９个不同中断源中断控制；５（）光电隔离最大能达到２０Ｖ；６５０（）７４级数字滤波；（）可编程中断时间；８
器＿，３是专为位置和速度控制设计的计数器接口板，＿

伺服驱动系统设计方案及对策

伺服驱动系统设计方案及对策一、硬件设计方案及对策：1.选用高性能的伺服电机和驱动器：根据具体需要选择适合的伺服电机和驱动器，确保其具备足够的功率和控制精度。

在选择过程中，需要对驱动器的技术参数进行充分了解，并评估其适用性和可靠性。

2.采用合适的编码器：编码器用于测量电机的位置和速度，对伺服驱动系统的控制精度至关重要。

选择合适的编码器，能够提供高分辨率和高精度的反馈数据，并且具备良好的抗干扰性能。

3.电源设计：伺服驱动系统对电源质量和稳定性要求较高，需要提供稳定的电源供应和电磁兼容性设计，避免电源波动对系统性能的影响。

4.散热设计：伺服电机和驱动器在运行时会产生较大的热量，必须进行有效的散热设计，以确保系统的稳定性和可靠性。

可采用风扇散热、散热片等方式来降低温度。

5.机械设计：在伺服驱动系统中，机械结构的设计对系统性能有很大影响。

需要针对具体应用场景选择合适的传动方式和结构设计，考虑到负载、速度、精度等因素。

6.停电保护设计：为了避免突发停电导致系统损坏，可以设计备用电池或超级电容器等储能装置，以保证在停电短时间内继续工作并正常停机。

二、软件设计方案及对策：1.控制算法设计：通过对伺服电机的位置、速度和加速度等参数进行精细控制，实现对运动轨迹的准确控制。

设计合理的控制算法，能够提高系统的控制精度和稳定性。

2.运动控制软件设计：根据伺服驱动系统的应用需求，设计合理的运动控制软件，包括运动插补算法、软件调速、位置校正等功能。

3.通信接口设计：伺服驱动系统通常需要与上位机或其他设备进行通信，需要设计合适的通信接口，以实现数据传输和控制。

4.用户界面设计：为了方便用户操作和监测系统运行状态，可以设计友好的用户界面，包括参数设置、故障诊断、实时监控等功能。

5.系统诊断与故障检测设计：通过设计合理的系统诊断和故障检测功能，可以检测和排除系统故障，提高系统的可靠性和稳定性。

三、通信网络设计方案及对策：1.选择适当的通信协议：根据伺服驱动系统所处的应用环境和通信要求，选择适当的通信协议，如CAN总线、以太网等。

伺服控制系统设计

Wop (s)
s(Ts s
K 1)(T2 s
1)
3.2 单闭环位置伺服系统
伺服系统旳闭环传递函数
W cl
(s)
TsT2 s 3
(Ts
K T2 )s2
s
K
闭环传递函数旳特性方程式
TsT2s3 (Ts T2 )s2 s K 0
3.2 单闭环位置伺服系统
用Routh稳定判据，为保证系统稳定，
须使
K
Ts T2 TsT2
单位置环伺服系统开环传递函数对数幅频特性
3.3 双闭环伺服系统
在电流闭环控制旳基础上，设计位置调整器，构成位置伺服系统，位置调整器旳输出限幅是电流旳最大值。以直流伺服系统为例，对于交流伺服系统也合用，只须对伺服电动机和驱动装置应作对应旳改动。
3.3 双闭环伺服系统
Tm
R J CT Ce
Tl
La R
3.2 单闭环位置伺服系统
驱动器
电机
直流伺服系统控制对象构造图
采用PD调整器，其传递函数为
减速器
WAPR (s) WPD (s) K p (1 d s)
3.2 单闭环位置伺服系统
伺服系统开环传递函数
Wop (s)
s(Ts s
K ( d s 1)
1)(TmTl s2 Tms
3.5 复合控制旳伺服系统
前馈控制器旳传递函数选为
G(s) 1 W2 (s)
得到
m (s) 1
* m
(
s)
3.5 复合控制旳伺服系统
理想旳复合控制随动系统旳输出量可以完全复现给定输入量，其稳态和动态旳给定误差都为零。系统对给定输入实现了“完全不变性” 。需要引入输入信号旳各阶导数作为前馈控制信号，但同步会引入高频干扰信号，严重时将破坏系统旳稳定性，这时不得不再加上滤波环节。

两轴伺服控制系统设计

两轴伺服控制系统设计伺服控制系统是一种能够精确控制运动过程中位置、速度和力度的系统，常用于机械、自动化和机器人领域。

在此，我们将设计一个两轴伺服控制系统，用于控制一个机器人的两个关节。

系统结构设计：1.控制器：使用一款高性能的双轴伺服控制器，能够实现对两个轴的独立控制，并具有足够的计算能力和通信接口。

2.编码器：每个关节安装一个编码器，用于实时反馈关节的位置信息，以便控制器实现闭环控制。

3.伺服驱动器：每个关节连接一个伺服驱动器，用于控制伺服电机的速度和位置，以实现对关节的精确控制。

4.伺服电机：每个关节使用一款高性能的伺服电机，具有高转矩和响应速度，能够满足机器人关节的动力需求。

5.通信接口：控制器与计算机或人机界面之间通过以太网或串口通信，实现参数设置和监控功能。

系统功能设计：1.其中一个轴作为主轴，另一个轴作为从轴，主轴和从轴之间通过齿轮传动或同步带传动连接。

2.控制器通过内置的PID控制算法实现对主轴和从轴的位置控制，可以实现位置或速度控制模式。

3.控制器通过接收编码器反馈信号，实时计算主轴和从轴的位置误差，不断调整伺服电机的输出信号，使得两个轴的位置保持一致。

4.控制器具有多段加减速功能，可以设置不同的加减速时间和速度曲线，实现平滑的运动过程。

5.控制器具有位置误差补偿功能，可以根据实际应用场景进行参数调整，提高系统的稳定性和精度。

6.用户可以通过计算机或人机界面对系统参数进行设置和监控，实现对系统的远程控制和故障诊断。

系统性能设计：1.系统具有高精度的位置控制能力，可以实现微米级的定位精度，满足高精度加工和装配应用的要求。

2.系统具有高响应速度和稳定性，能够在短时间内完成复杂的运动任务，确保机器人的稳定性和可靠性。

3.系统具有较强的负载能力，能够承受较大的负载力和惯性力，保证机器人在运动过程中不产生位移和抖动。

4.系统具有较高的可靠性和稳定性，能够长时间稳定运行，减少故障率和维护成本。

《伺服控制系统课程设计》

《伺服控制系统课程设计》指导书⾃动化与电⼦⼯程学院⼆零⼀⼋年⼗⽉⼀、伺服控制系统课程设计的意义、⽬标和程序 (3)⼆、伺服控制系统课程设计内容及要求 (5)三、考核⽅式和报告要求 (11)⼀、伺服控制系统课程设计的意义、⽬标和程序（⼀）伺服控制系统程设计的意义伺服控制系统课程设计是⾃动化专业⼈才培养计划的重要组成部分，是实现培养⽬标的重要教学环节，是⼈才培养质量的重要体现。

通过伺服控制系统课程设计，可以培养考⽣⽤所学基础课及专业课知识和相关技能，解决具体的⼯程问题的综合能⼒。

本次课程设计要求考⽣在指导教师的指导下，独⽴地完成伺服控制系统的设计和仿真，解决与之相关的问题，熟悉伺服控制系统中控制器设计与整定、电机建模和仿真和其他检测装置的选型以及⼯程实践中常⽤的设计⽅法，具有实践性、综合性强的显著特点。

因⽽对培养考⽣的综合素质、增强⼯程意识和创新能⼒具有⾮常重要的作⽤。

伺服控制系统课程设计是考⽣在课程学习结束后的实践性教学环节；是学习、深化、拓宽、综合所学知识的重要过程；是考⽣学习、研究与实践成果的全⾯总结；是考⽣综合素质与⼯程实践能⼒培养效果的全⾯检验；也是⾯向⼯程教育认证⼯作的重要评价内容。

（⼆）课程设计的⽬标课程设计基本教学⽬标是培养考⽣综合运⽤所学知识和技能，分析与解决⼯程实际问题，在实践中实现知识与能⼒的深化与升华，同时培养考⽣严肃认真的科学态度和严谨求实的⼯作作风。

使考⽣通过综合课程设计在具备⼯程师素质⽅⾯更快地得到提⾼。

对本次课程设计有以下⼏⽅⾯的要求:1.主要任务本次任务在教师指导下，独⽴完成给定的设计任务，考⽣在完成任务后应编写提交课程设计报告。

2.专业知识考⽣应在课程设计⼯作中，综合运⽤各种学科的理论知识与技能，分析和解决⼯程实际问题。

通过学习、研究和实践，使理论深化、知识拓宽、专业技能提⾼。

3.⼯作能⼒考⽣应学会依据课程设计课题任务进⾏资料搜集、调查研究、⽅案论证、掌握有关⼯程设计程序、⽅法和技术规范。

机电一体化第六章伺服驱动控制系统设计

更加简单。步进电机既是驱动元件，又是脉冲角位移变换元件。 E. 当控制脉冲数很小，细分数较大时，运行速度达到每转30分
钟。 F.体积小、自定位和价格低是步进电动机驱动控制的三大优势。 G. 步进电机控制系统抗干扰性好
上一页下一页
二、伺服驱动控制系统设计的基本要求
1. 高精度控制 2. 3. 调速范围宽、低速稳定性好 4. 快速的应变能力和过载能力强 5. 6.
闭环调节系统。
(4) ①
② 调节方法。
(5) ① 使用仪器。用整定电流环的仪器记录或观察转速实际值波形，电
② 调节方法。
上一页下一页
六、晶体管脉宽(PWN)直流调速系统
晶体管脉宽直流调速系统与用频率信号作开关的晶闸管系统相比，具 (1) 由于系统主电源采用整流滤波，因而对电网波形影响小，几乎不 (2) 由于晶体管开关工作频率很高（在2 kHz左右），因此系统的 (3) 电枢电流的脉动量小，容易连续，不必外加滤波电抗器也可平稳 (4) 系统的调速范围很宽，并使传动装置具有较好的线性，采用Z2
上一页下一页
(2) ① A. 步进电动机型号：130BYG3100D (其他型号干扰大) B. 静转矩15 N·m C. 步距角0.3°/0 6°
D. 空载工作频率40 kHz E. 负载工作频率16 kHz ② A. 驱动器型号ZD-HB30810 B. 输出功率500 W C. 工作电压85～110 V D. 工作电流8 A E. 控制信号，方波电压5～9 V，正弦信号6～15 V ③ 控制信号源。
(3) ① 标准信号控制系统（如图6-16） ②检测信号控制系统（如图6-17）
③ 计算机控制系统（如图6-18）
上一页返回
图6-16 标准信号控制系统图图6-17 检测信号控制系统图图6-18 计算机控制系统图

PLC如何控制伺服电机(伺服系统设计实例)

PLC如何控制伺服电机（伺服系统设计实例）PLC（可编程逻辑控制器）通常用于控制伺服电机的运动，伺服电机通过PLC的输出信号来控制其位置、速度和加速度等参数。

本文将以一个伺服系统的设计实例来说明PLC如何控制伺服电机。

假设我们需要设计一个简单的伺服系统，实现一个沿直线轨道移动的小车。

伺服系统由PLC、伺服电机、编码器和开关等设备组成。

步骤1:设计控制电路首先，我们需要设计一个控制电路，包括PLC、伺服电机和编码器之间的连接。

PLC通常具有数字输出端口，可用于输出控制信号来驱动伺服电机，同时也需要设置一个数字输入端口来接收编码器的反馈信号。

步骤2:连接电路将PLC的数字输出端口与伺服电机的控制输入端口连接起来。

通常，伺服电机的控制输入端口包括位置命令、速度命令和加速度命令等信号。

确保正确连接这些信号，以便PLC可以向伺服电机发送正确的控制指令。

步骤3:编程PLC使用PLC编程软件，根据系统的需求编写控制程序。

通常，需要编写的程序包括接收编码器反馈信号、计算位置误差、生成控制指令以及输出控制信号等。

步骤4:设置伺服电机参数伺服电机通常具有各种参数设置，如最大速度、加速度和减速度等。

在PLC程序中，需要设置这些参数，以确保伺服电机的正常工作。

这些参数通常可以通过与伺服电机连接的调试软件进行设置。

步骤5:运行系统完成PLC程序和伺服电机参数的设置后，可以通过PLC进行系统测试和调试。

运行系统并观察小车的运动是否符合设计要求。

如果需要调整运动轨迹或控制参数，可以修改PLC程序和伺服电机的参数设置。

通过以上步骤，我们可以实现一个简单的伺服系统，通过PLC控制伺服电机的运动。

当PLC接收到编码器的反馈信号时，它会计算出位置误差，并生成相应的控制信号发送给伺服电机。

伺服电机根据接收到的指令，调整自身的位置、速度和加速度等参数，实现沿直线轨道移动的小车。

需要注意的是，PLC控制伺服电机还可以实现更复杂的运动控制，如直线插补、圆弧插补等。

雅马哈机械手基于工控机的系统控制

雅马哈机械手基于工控机的系统控制现今，国内各行各业的自动化水平较低，很多工厂、企业的生产作业还停留在人工操作的地步。

这样不仅做事效率低，而且人工成本高，有的作业环境比较恶劣，操作难度大，容易对操作者的健康产生威胁。

特别对于一些正在发展中的企业，机械自动化的不断发展，人们对物质的需求，对生活品质的要求越来越高，都促使着企业转向自动化生产。

本文主要针对雅马哈机械手臂的伺服驱动器的使用，对PCL-1245L进行介绍，通过对板卡的了解及伺服驱动器的认识，将工控机、伺服驱动器的有效结合对雅马哈机械手进行控制运作。

标签：机械手；伺服驱动器；工控机1 绪论1.1 研究背景及意义现今社会各企业、工厂自动化的设备运用程度都比较低，很多企业的工作环境都十分恶劣，不仅效率低，而且对工人的生命健康也有着威胁。

社会在进步，机械化产业在不断的发展，人们对机械自动化的需求越来越高，这些都促使机械控制领域不断的创新发展.一些环境恶劣的工厂、大型的制造业都需要机械化的控制设备，通过机械控制来完成一系列的工作。

提高工作效率，降低人身危害。

在机械化运作的过程中，需要通过工控机来实现设备的运作。

工控机的优点很多，体积小、轻便、稳定性好，控制的方法也灵活多样化，相对于其它的机器而言性价比也比較高，能够降低人工需求，降低劳动强度，提高工作效率。

机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。

1.2 机械手的概述及国内外发展状况机械手是一种模仿人手操作的机械化自动设备，它可以通过某种特定的设置，实现搬运、抓取等一些特定的操作。

应用机械手可以代替人工进行重复、单调、频繁及重体力的劳动，提高工作的效率，减少人工的使用，保证人身健康安全，因此广泛的使用在了电子电工、轻工业、原子能应用及机械制造业。

目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的发展。

伺服控制方案

伺服控制方案伺服控制是一种通过控制系统对伺服电机进行精确控制的技术。

它广泛应用于工业机械、机器人、自动化设备等领域。

伺服控制方案的设计和实施对于提高设备的运动控制精度和稳定性至关重要。

本文将介绍伺服控制方案的基本原理以及常见的设计方法。

一、伺服控制方案的基本原理伺服控制是通过反馈控制的方式实现的。

控制系统首先需要获取被控对象的准确位置或速度信息，以便对其进行实时调整。

这一信息通常通过编码器或传感器来获取。

控制系统将反馈的位置或速度信号与设定值进行比较，然后根据比较结果来控制伺服电机的输出，以使被控对象达到设定值并保持稳定。

二、伺服控制方案的设计方法1. 确定系统需求：在设计伺服控制方案之前，需要明确系统的运动需求，包括位置精度、速度要求等。

这些需求将直接影响到伺服电机的选型和控制参数的设置。

2. 选型与参数设置：根据系统需求选择合适的伺服电机，并根据实际情况设置伺服控制器的参数，如增益、速度限制等。

参数的设置需要结合实际测试和调整，以保证系统的稳定性和控制精度。

3. 编码器或传感器的选择：选择合适的编码器或传感器来获取被控对象的准确位置或速度信息。

常见的编码器类型包括光电编码器、磁编码器等。

传感器的选择需要考虑到被控对象的特点和工作环境。

4. 控制算法的选择：根据实际情况选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制等。

控制算法的选择应综合考虑系统的动态响应、稳定性以及抗干扰能力。

5. 系统建模与仿真：使用系统建模软件对伺服控制系统进行建模和仿真，以评估控制方案的性能。

通过仿真可以提前检测和调整可能存在的问题，减少实际实施中的风险。

6. 系统实施与调试：在实施伺服控制方案之前，需要根据设计结果进行系统布线和接线，然后进行系统调试和优化。

调试过程中需要根据实际情况进行参数调整，以保证系统的准确性和稳定性。

三、伺服控制方案的应用领域伺服控制方案广泛应用于工业机械、机器人、自动化设备等领域。

具体应用包括：1. 机床控制：伺服控制方案可以用于实现机床的精密定位和运动控制，提高加工精度和生产效率。

基于EtherCAT的高性能交流伺服控制系统设计分析

基于EtherCAT的高性能交流伺服控制系统设计分析发布时间：2021-06-23T05:50:28.176Z 来源：《当代教育家》2021年9期作者：翟红云莫毅[导读] 伺服控制系统在现代的机械运动系统中起到了很重要的执行功能，同时伺服控制系统的性能也决定了整体机械系统的性能强度。

广西工业职业技术学院摘要：伺服控制系统在现代的机械运动系统中起到了很重要的执行功能，同时伺服控制系统的性能也决定了整体机械系统的性能强度。

现阶段，新的高性能伺服系统，大多采用了永磁同步电机全数字伺服系统，电子轴转动能够代替传统的机械轴转动，并可以利用工业以太网，同时控制多台电动机运行。

EtherCAT技术突破了传统以太网的瓶颈，能够让伺服系统的性能得到巨大提升，对此，本文对基于EtherCAT的高性能交流伺服控制系统进行了研究，并提出了一定的设计方式，以期达到提高伺服控制系统性能的目的。

关键词：EtherCAT；高性能；伺服控制系统前言：随着科技的进步，现代电子技术与交流驱动技术以及计算机信息技术都得到了飞速的发展，以往交流伺服控制系统中，对电机的控制是十分复杂的，同时性能也比较差，但这种问题已经随着新技术的发展逐渐得到了解决交流，伺服控制系统也在向着高性能方向转变，基于以太网的运动控制器在多方面，的机械设备运行中得到了广泛地使用，并且也能够让系统性能得到极大的提升。

1 基于EtherCAT的高性能交流伺服控制系统概述1.1 伺服运动控制系统伺服运动控制系统能够通过传输指令来对系统的运行动作进行控制，并做出相应的机械运动，通常而言，并不需要太大的功率，但是在制动方面需要满足频繁地切换，同时也要保证定位的精确程度，伺服运动控制系统被广泛运用在控制机器人、导航系统、自动机床等产业中。

位置伺服控制系统指的是将位置信号作为被控制的变量，当变量是速度信号时，该系统则为速度伺服控制系统[1]，在这个系统当中，速度指令会经常发生变化，这也意味着系统对变化的指令，必须能够快速反应，尽量缩短响应时间，同时系统也要有较高的抗干扰能力，从而保障运行的流畅性位置，伺服系统对设备的精确定位有着较高的要求，为了达到对速度的高要求，速度伺服控制也是不可缺少的一部分。

伺服控制系统的优化设计和实现

伺服控制系统的优化设计和实现伺服控制系统是机械电子控制领域中非常重要的一种系统，它主要用于精密控制，如机械手臂、飞控系统、机车和机器人等方面的应用。

伺服控制系统的作用是实现对某种流量、力量、角度或位移等精密控制的实现。

本文将围绕着伺服控制系统的优化设计和实现，探讨其基本原理、优化方法及实现方案。

一、伺服控制系统的基本原理伺服控制系统是一种反馈控制系统，其基本结构如下图所示：其中，信号源发出期望信号S目，信号经过比较后，误差信号E输出给控制器，控制器对误差进行相应处理，然后将处理后的信号发送到执行机构，执行机构将机械运动转换为电信号，反馈给比较器，形成闭环控制。

伺服控制系统的关键在于：通过控制器对误差信号进行处理，使执行机构能够更快、更准确地进行控制。

伺服控制系统中最常见的控制器是PID控制器，即比例、积分、微分控制器。

二、伺服控制系统的优化方法伺服控制系统在应用中存在诸多问题，例如：机械结构的精确度、电器元件的性能、控制复杂度等。

因此，在实际应用中，需要对伺服控制系统进行优化。

（一）优化PID参数PID控制器是伺服控制系统中最常用的控制器，也是最容易进行优化的部分。

对于PID控制器的优化，有以下几个方面：1.比例系数Kp：增加Kp可增加系统的响应速度，但若Kp太大，可能会导致系统出现震荡和不稳定的情况。

2.积分时间Ti：增加Ti可使系统更快地消除偏差，但同样存在过度振荡的风险。

3.微分时间Td：增加Td可减少过度振荡，但可能会导致系统变得慢反应。

针对PID控制器的优化，可以根据实际情况，采取多种方法进行调整，建立数学模型并进行优化计算。

（二）优化机械结构伺服控制系统中的机械结构非常重要，其精度与机械运动的响应速度和准确度直接相关。

因此，在实际应用中，需要对机械结构进行优化，例如：1.改进传动系统，使用更精密的减速器和传感器；2.加强机械结构的稳定性，增加支撑和润滑；3.优化机械屏幕的设计，减少机械振动和误差；通过对机械结构的优化，可以提高伺服控制系统的精度和稳定性，从而更加准确地实现控制目标。

工控机加伺服位置控制方案

加入积分和微分环节。
图２伺服系统控制结构图
３系统结构举例
３．１ＳＤＨ－５００双刀划线机ＳＤＨ一５０Ｏ双刀划线机是可进行直线／
图３ＳＤＨ一５００双刀划线机控制系统图
异形玻璃的划线设备。本机以工控机为核心．控制伺服电机实现刀头间距的自动调整，控制伺服电机实现工作台的精确位移和刀头的自动升降，控制气缸实现工作台的旋转以及控制电磁阀及真空电磁阀的动作，以及完成气缸的顺序动作及真空的发下转第２８页
２．２ＰＩＤ控制方法的描述
位置伺服控制应当精确定位部件的坐标位置，井Ｊ陕速控制部件的运动，它要求输出能够反应输入和后续变化趋势间的关系。这就需要高精度的位置控制和跟踪，反
应速度要快。目前，一般的运动伺服控制应用ＰＩＤ控制方法，算法简便、易于实现。工控机在工作中采集到的数值都有延时而导致的偏差，是一种采样控制。每次采样都会有偏差，为了消除系统误差和提高响应，在控制算式中有积分和微分项，采样的周期越频繁计算的越准确。包括每次输出都提供了执行机构位置的位置式ＰＩＤ控制算法。还有只对应当前偏差的增量式ＰＩＤ控制算法。ＰＩＤ控制参数设定时，先设定反映控制系统偏差信号的比例控制，观察或大或小时的响应，找出合适的曲线，再
黪
数控技术
镄 ’ｌ与应用
王磊
（中国电子科技集团公司第二研究所山西太原０３００２４）

基于PLC-伺服驱动的位置控制系统设计

基于PLC-伺服驱动的位置控制系统设计MINAS A系列交流伺服驱动器是日本松下电器公司生产的全数字化交流伺服装置，具有响应快、精度高、体积小，共振抑制、多闭环控制功能和控制方式多样化、保护措施齐全等特点。

目前已广泛应用于数控机床、机器人、轻工机械、纺织机械、医疗器械、自动化生产线、半导体生产等各种有精确调速、定位要求的场合；利用PLC(可编程控制器)强大的编程、运算与控制功能，本文提出了PLC与伺服驱动相结合的位置控制模式，并给出了数控机床两轴联动位置控制系统的设计与实现方法。

1 系统原理与组成原理：PLC发出的指令脉冲数与编码器检测的位置反馈脉冲数同时送入伺服驱动器进行比较并确定偏差，按一定控制规律运算后得到的校正信号作为速度控制器的给定，再经电流调节与功率放大，使电机和机床工作台朝消除偏差的方向运动。

由于位置指令是经常变化的随机变量，要求输出量准确跟踪给定量的变化，因此，输出响应的快速性、灵活性、准确性成为位置随动系统的主要性能指标。

为满足这些指标要求，采取由位置环、速度环和电流环构成三环控制系统，控制方框图如图1所示，各环节的功能说明如下：图1三环控制位置伺服系统位置环：是位置随动系统的主要结构特征，采用P调节，增益设定愈高，定位时间愈短，获得快速定位响应特性。

同时，保证系统的稳态精度。

速度环：转速构成的负反馈内环采用PI调节，通过调整其增益与积分时间常数，抑制振荡，减少超调，提高系统的快速性。

电流环：起电流跟随、过流保护和及时抑制电压扰动的作用；电流环增益随型号而定，不能调节。

此外，还可以建立速度前馈控制与反馈控制相结合的复合控制，以减少速度的超调、失调和到位信号的抖动，使位置偏差接近0，以及设置其他相关参数，降低躁声，抑制谐振等，进一步改善系统稳态和动态品质指标。

2 硬件设计系统硬件由FX2N-80MT PLC、交流伺服驱动器MSDA043AIA、交流伺服电机MSMA042A1G(400W)及1 1线增量式编码器(脉冲数2500P／r，分辨率10000)组成。

基于VC++的伺服电机速度控制系统设计_毕业论文

基于VC++的伺服电机速度控制系统设计摘要本设计完成是基于Visual C++6.0软件下实现伺服电机控制界面的编程，并完成PID控制算法。

该控制界面不仅简洁实用，而且具有良好的人机交流部分。

上位机控制界面所实现的功能有电机的启动、停止、正传、反转、速度给定、实时曲线显示等，在完成PID算法后同时下发PID调节后的PWM占空比，实现转速控制。

在完成串口通讯编程本文采用MSComm控件实现PC机与单片机通讯，数据的发送与接收采用统一通讯协议，这种方法不仅简单，而且实用。

本文采用单片机作为下位机来验证上位机控制功能的实现，单片机作为下位机主要负责直流电机的各种参数数据的采集和模数转换，然后通过串行端口把数据发送给上位机，PC机作为上位机主要负责数据的分析处理和显示。

关键词：伺服电机；VC++；串口通讯；PWM调速；PID；The servo motor speed control system design Based on VC++AbstractThis design's core is under the software of Visual C++6.0, realizes the servo motor control contact surface programming, and completes the PID control algorithm. This control interface has not only succinct practical, but also has the good man-machine exchange part.The superior machine control interface realizes the function has the electrical machinery's start, electrical machinery's stop, electrical machinery's main story, electrical machinery's reverse, the speed value assigns, Curve demonstration and so on. After completing the PID algorithm simultaneously after-crops PID the adjustment the PWM current output.In completing serial port communication programming this article to use MSComm to control to realize PC machine and the monolithic integrated circuit communication, the data transmission and the receive uses the unified communication protocol, in this method is not only simple but also practical. In this article uses the monolithic integrated circuit to confirm the superior machine control function as the lower position machine realization, Monolithic integrated circuit as lower position machine primary cognizance direct current machine's each kind of parameter data gathering and with A/D conversion. Then through the serial port the data transmission for the superior machine, PC machine takes the superior machine primary cognizance data the analysis processing and the demonstration.Key word:Servo electrical machinery; VC++; Serial port communication; PWM control speed; PID;目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言 (1)1.1 设计的目的 (1)1.2 设计的意义 (2)第二章电机调速 (3)2.1 直流伺服电机简介 (3)2.2 直流伺服电机调速 (5)2.2.1 V-M调速系统 (5)2.2.2 PWM调速系统 (7)第三章GUI设计 (10)3.1 主界面 (10)3.2 实时曲线 (12)3.3 按钮图标的实现 (13)第四章串口通讯 (17)4.1 PC机与单片机通信方式 (17)4.2 VC实现串口通讯的四种方式 (19)4.2.1 基于Windows API通信函数 (19)4.2.2 利用端口函数直接操作 (21)4.2.3基于MSComm控件 (22)4.2.4基于CSerial类 (23)4.2.5四种实现方式的分析 (24)4.3 串口编程 (25)4.3.1插入MSCOMM控件 (25)4.3.2设置属性 (25)4.3.3设置串口 (26)4.3.4数据类型的处理 (29)4.4 帧格式定义 (29)4.5 发送数据帧 (30)4.6 接收数据帧 (30)4.6.1检测接收缓冲区数据 (30)4.6.2从接收缓冲区取出数据 (32)第五章PID算法 (33)5.1 PID算法简介 (33)5.2 参数调整一般规则 (34)5.3 PID算法在VC中的实现 (34)结论 (37)参考文献 (38)附录程序 (40)致谢 (63)第一章引言在生产实践的各个领域，有大量的生产机械要求在不同的场合，用不同的速度来进行工作，以提高生产率和保证产品的质量，如机床、轧钢机、造纸机、纺织机械等。