XY运动平台控制系统设计
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2.4 伺服控制系统
伺服系统由伺服电机、驱动信号控制转换电路、电力单子驱动放大模块、速度位置电流三个调节单元以及检测装置等组成【1】。
本次设计采用的是闭环伺服系统，整个系统中分为了三环结构：速度环、位置环、电流环。他们都是由控制调节模块、检测和反馈部分组成。
（1）电流环是伺服电机提供转矩的电路。一般情况下，已经被特定了与其相对应的匹配参数，反馈信号在系统内部完成的，因此不需要调整和接线。
2、易于安装，维护方便，使用机床工作环境；
3、成本低；
4、工作时可靠性高，抗干扰能力强。
位置检测装置按工作条件和测量要求不同，有以下几种分类方法：
（一）直接测量和间接测量
直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上，用来测运动平台的直线位移，把它作为整个系统的一个位置反馈信号，从而构成位置闭环控制。其优点是准确度高、比较可靠；缺点是测量装置要和工作台行程等长，因此，在大型或者超大型的机床的应用领域存在着很大的限制性。
XY运动平台控制系统作为运动控制系统领域里的一个简单实用的系统，目前已经广泛应用于机械制造、交通运输业等领域，例如，数控机床、单臂机械手。由此可见运动控制在国民经济中具有举足轻重的地位。运动控制系统现在在中国的现状主要在以下几方面
1）半控型器件逐步被淘汰,慢慢的由全控型替代;
2）变换技术由相位转换成为了脉宽控制,
模拟式测量是将被测量用连续变量表示。它对信号处理的方式相对比较复杂。先转换成数字脉冲信号,再对其进行处理和显示.
（三）增量式测量和尽对式测量
增量式测量是测出位移的增量，发出的脉冲个数来表示单位位移。因为位移间隔使用累积下来的增量值大小来衡量的，所以，如果某一处的测量出现有错误的情况，那么后面的用这种增量式方法测出来的位移间隔都是错误的。旋转变压器便是增量式检测装置。
为了设计一个XY平台控制系统，文章中介绍了XY运动平台的当前现状、发展趋势以及它的组成部分，重点论述了控制电路的接线以及功能软件设计。控制电路的正确连接，直接影响到机械与计算机的正常通讯，在控制电路中，伺服系统便是整个运动控制系统的基础。
关键词：制造业控制系统XY平台接线伺服系统
Abstract
Today,information technology is developmental rapidly,still can't change the foundation status of mechanical manufacturing industry in the National economy.And as a core part of the mechanical control system, it is also the soul of the whole device. XY motion platform as a mechanical device the basic simple equipment,it is also the basic components in the numerical control device;in the scientific research field, also as a kind of ideal model.
2.2 GT系列运动控制器介绍
本次设计采用的是固高公司生产的GT系列的GT-400-SV运动控制器。它是高性能的运动控制卡，可以同步控制四个运动轴，实现各种多轴运动，能够满足我们的任务要求。它的核心部分是由ADSP2181数字信号处理器和FPGA组成。因此，高性能的运算控制不再是问题，前者的MAC单元和多总线结构组成更加容易实现繁复的控制运算，后者能够实现译码、脉冲分配、倍频、定时、计数等功能，两者相结合后，控制性能大幅提升，生活中的很多应用领域都离不开它，例如数控机床、电子加工设备、部分机械等等。
（2）速度环是控制电动机转速，即坐标轴运行速度的电路。当要调整速度环时，最好选择在位置环是开环的条件下进行，因为对于水平运动方向上的坐标轴来说，操作起来更加容易，转动坐标轴同样是如此。
（3）位置环是使各坐标轴的位置能够定位精确的一个控制环节，而且是按照指令进行定位的，位置环对工作精度以及坐标轴的位置精度的最终定位有很大的影响，在这里,有两项工作需要做，一是系统脉冲当量与原件精度的匹配问题，二是位置环增益系数K值的设置问题，K值是通过机床的性能来直接体现出来的【4】。
3）计算机系统的选择
现在的计算机大部分都是windows，而且功能还行，能够满足我们的任务需要，因此，我们这也采用主流的系统，使用起来也更加的顺手。
4）电路接线
电路连线的正确,直接涉及到整个控制系统的正确性与完整性。
5）控制软件设计
把ISA控制卡里自带的软件安装在计算机上,利用VC语言就可以编程，实现XY运动平台的自动回零、任意控制、设计人机操作界面等功能。
尽对式测量都是由固定的零点来表示被测量点的位置。每一个被测点都有一个对应的测量值。通过编码盘上的角位置就可以看出，精度要求越大，量程越长，要求的二进制位数也就越多，也就越复杂。
由于增量式光电编码器具有结构简单、价格低、精度保证更加的容易等一系列的优点，因此它在机床的位置检测中的应用是非常广泛普遍的。增量式光电编码器，是一种旋转式脉冲发生器，可以用在以单位传感器为检测位置的计算机伺服系统中，这样不但能够达到简化伺服系统结构的目的，而且还减少了体积和重量，大大的降低了生产成本。
In order to design a XY platform control system, The article introduces the current situation and development trend and constituent part of XY motion platfor, it mainly discusses the control circuit connection and the function of the software design. Control circuit of correct connection, directly influence communications of the machinery and the computer, the servo system is the foundation of whole motion control system in the control circuit .
K=V/ΔX（V表示坐标的运行速度，单位m/min；ΔX表示跟踪误差，单位为mm）
各联动坐标轴的K值是相同的，这样才可以保证合成运动时的精度。
对伺服系统的基本要求
1.精度高；
2.稳定性好；
3.快速响应；
4.调速范围宽。
第三章系统总体方案设计
系统总体方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，伺服电机类型，计算机控制系统的选择。
间接测量是旋转型检测装置安装在驱动电机轴上，把转动件的角位移检测出来，这样就可以间接性的测出平台的直线位移，将旋转型检测装置作为半闭环控制系统的位置反馈来用。其优点是无工作台行程限制，测量方便；缺点是增加了回转运动变为直线运动的传动链误差，影响了测量的精度。
（二）数字式测量和模拟式测量
数字式测量是指将被测量以数字的形式显示出来，在一般情况下信号是为电脉冲的，可直接送到数控装置进行比较处理和显示。这样的检测装置有：光栅检测装置等。装置的结构简单化，抗干扰能力强。
GT系列运动控制器还提供8路限位开关输入，4路伺服电机驱动器使能信号输出以及16路通用数字量输入、输出接口等。电机被GT-400-SV控制卡集成在同一个运动控制器上，由于它有着价格低廉、使用起来方便快捷、性能稳定、功能强大等特点，因此，在一些输出模拟量控制信号的交流伺服电机控制场合对它来说是非常合适的。使用该控制器进行控制时，只需要PC机、接口端子板、控制器配套电缆、外部接口电源、电机及驱动器等硬件【5】，相对来说简易，而且也容易控制。
1）系统运动方式的确定
该系统要求工作台实时检测位置，因此采用闭环控制方式。
2）伺服系统的选择
交流伺服电动机的价格便宜、造价成本不高、设计简单、可靠性高，而且交流伺服电机不仅解决了直流电动机在结构上的整流子、高成本、寿命期不长、电刷维护的难度高、应用领域受到限制等缺点，而且还延续了交流电机的坚固耐用、动态响应好、经济可靠、输出功率大等优点。因此选用交流伺服电机。
3）计算机数字控制逐渐成为运动控制的主要控制手段和方法，
4）交流运动控制系统应用范围更加广泛,有着取代直流的趋势，
5）在运动控制系统的性能分析与设计中愈来愈需要计算机仿真和辅助设计【2】。
1.2 发展趋势
随着机械数控业的发展,运动控制系统的功能也愈来愈突出,在以后的发展过程中,控制的趋势主要体现在以下几个方面:
在GT-400-SV运动控制卡中，提供了标准的ISA总线产品。运动控制器提供C语言函数库、Windows动态函数链接库，使用快捷方便，大幅度缩短了系统研发周期，能够实现复杂的运动控制功能，而且用户还可以根据自己需求、人机界面显示、应用接口等模块进行合理的配置，改造出符合自己所需要求的控制系统，以便在不同的应用领域得到相应的使用。
跟随误差极限设置
加速度极限设置
控制输出极限设置
2.3平台位置检测装置
控制系统中的一个重要的装置中便有位置检测装置，在闭环、半闭环控制系统中，它的主要作用是检测位移和速度，并把对应的信号发到数控装置那里进行信号处理与计算，实现反馈控制，构成闭环或半闭环控制。数控装置对位置检测装置的要求如下：
1、满足精度和速度的要求；
XY运动平台控制系统的设计
XY motion platform control system design
总计 毕业设计29页
表格3个
插图19幅
摘 要
在信息技术迅猛发展的今天,仍然改变不了机械制造业在国民经济的基础地位。而作为机械中核心部分的控制系统，更是整个装置的灵魂。而XY运动平台作为机械装置里的基本简易设备，更是一些数控加工装置上的基本部件，在科学研究领域里，也将其视为一种理想模型。
Key Words:Manufacturing industry ; Control system; XY platform; Connection;Servo system
第一源自文库绪论
1.1运动控制系统发展现状
随着计算机技术的发展,数控技术不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，数控技术，机电产品得到飞速发展。随着信息技术的发展，特别是现代控制理论研究的深入，数字化控制技术在控制领域的比重将逐渐增加，并逐渐取代其他传统控制方法的趋势。数控技术的发展历程经历了硬件数控和计算机数控两个阶段。硬件数控的控制功能和运算功能都是靠逻辑电路来完成，因此,柔性和灵活性都不完美。计算机数控是随着微机技术的发展而产生的，它的绝大部分功能基本上都是有程序软件来完成。运动控制系统作为其中的一个至关重要的硬件部分，它的作用也随之水涨船高，得到了飞速发展【1】。
1）运动系统交流化；
2）功率变换装置高频化；
3）系统的运行速度高速化，结构装置超小化；
4）系统实现集成化。数字和总线技术的提高，使运动控制系统走向多机多种控制的系统集成阶段；
5）控制的数字化，智能化和网络化。
第二章 XY运动平台控制概述
2.1 XY运动平台控制系统
硬件组成
运动平台控制系统主要由PC机、运动控制卡以及与其对应相应的驱动器等部件组成的控制系统。控制系统核心——运动控制卡接收到由PC机发出的位置和轨迹指令后，自身进行信息处理，规划成伺服驱动器能够接受的指令类型，再发送给伺服驱动器，伺服驱动器接收到指令后，对其进行信息处理和放大，输出给执行装置。光电码盘和驱动器构成一个闭环控制系统，提供速度、转矩和位置三种控制方式。
ISA系列运动控制器外形结构如图所示：
图2.2ISA系列连接器与跳线器外形结构图
G
表2.1GT400-SV功能
总线
ISA
控制周期
用户可调（默认200微秒）
模拟量输出
4轴 范围：﹣10V~＋10V
看门狗
实现运动轨迹预处理
点到点运动
S曲线 梯形曲线 速度控制
硬件捕获
编码器Index信号
原点Home信号
安全措施
伺服系统由伺服电机、驱动信号控制转换电路、电力单子驱动放大模块、速度位置电流三个调节单元以及检测装置等组成【1】。
本次设计采用的是闭环伺服系统，整个系统中分为了三环结构：速度环、位置环、电流环。他们都是由控制调节模块、检测和反馈部分组成。
（1）电流环是伺服电机提供转矩的电路。一般情况下，已经被特定了与其相对应的匹配参数，反馈信号在系统内部完成的，因此不需要调整和接线。
2、易于安装，维护方便，使用机床工作环境；
3、成本低；
4、工作时可靠性高，抗干扰能力强。
位置检测装置按工作条件和测量要求不同，有以下几种分类方法：
（一）直接测量和间接测量
直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上，用来测运动平台的直线位移，把它作为整个系统的一个位置反馈信号，从而构成位置闭环控制。其优点是准确度高、比较可靠；缺点是测量装置要和工作台行程等长，因此，在大型或者超大型的机床的应用领域存在着很大的限制性。
XY运动平台控制系统作为运动控制系统领域里的一个简单实用的系统，目前已经广泛应用于机械制造、交通运输业等领域，例如，数控机床、单臂机械手。由此可见运动控制在国民经济中具有举足轻重的地位。运动控制系统现在在中国的现状主要在以下几方面
1）半控型器件逐步被淘汰,慢慢的由全控型替代;
2）变换技术由相位转换成为了脉宽控制,
模拟式测量是将被测量用连续变量表示。它对信号处理的方式相对比较复杂。先转换成数字脉冲信号,再对其进行处理和显示.
（三）增量式测量和尽对式测量
增量式测量是测出位移的增量，发出的脉冲个数来表示单位位移。因为位移间隔使用累积下来的增量值大小来衡量的，所以，如果某一处的测量出现有错误的情况，那么后面的用这种增量式方法测出来的位移间隔都是错误的。旋转变压器便是增量式检测装置。
为了设计一个XY平台控制系统，文章中介绍了XY运动平台的当前现状、发展趋势以及它的组成部分，重点论述了控制电路的接线以及功能软件设计。控制电路的正确连接，直接影响到机械与计算机的正常通讯，在控制电路中，伺服系统便是整个运动控制系统的基础。
关键词：制造业控制系统XY平台接线伺服系统
Abstract
Today,information technology is developmental rapidly,still can't change the foundation status of mechanical manufacturing industry in the National economy.And as a core part of the mechanical control system, it is also the soul of the whole device. XY motion platform as a mechanical device the basic simple equipment,it is also the basic components in the numerical control device;in the scientific research field, also as a kind of ideal model.
2.2 GT系列运动控制器介绍
本次设计采用的是固高公司生产的GT系列的GT-400-SV运动控制器。它是高性能的运动控制卡，可以同步控制四个运动轴，实现各种多轴运动，能够满足我们的任务要求。它的核心部分是由ADSP2181数字信号处理器和FPGA组成。因此，高性能的运算控制不再是问题，前者的MAC单元和多总线结构组成更加容易实现繁复的控制运算，后者能够实现译码、脉冲分配、倍频、定时、计数等功能，两者相结合后，控制性能大幅提升，生活中的很多应用领域都离不开它，例如数控机床、电子加工设备、部分机械等等。
（2）速度环是控制电动机转速，即坐标轴运行速度的电路。当要调整速度环时，最好选择在位置环是开环的条件下进行，因为对于水平运动方向上的坐标轴来说，操作起来更加容易，转动坐标轴同样是如此。
（3）位置环是使各坐标轴的位置能够定位精确的一个控制环节，而且是按照指令进行定位的，位置环对工作精度以及坐标轴的位置精度的最终定位有很大的影响，在这里,有两项工作需要做，一是系统脉冲当量与原件精度的匹配问题，二是位置环增益系数K值的设置问题，K值是通过机床的性能来直接体现出来的【4】。
3）计算机系统的选择
现在的计算机大部分都是windows，而且功能还行，能够满足我们的任务需要，因此，我们这也采用主流的系统，使用起来也更加的顺手。
4）电路接线
电路连线的正确,直接涉及到整个控制系统的正确性与完整性。
5）控制软件设计
把ISA控制卡里自带的软件安装在计算机上,利用VC语言就可以编程，实现XY运动平台的自动回零、任意控制、设计人机操作界面等功能。
尽对式测量都是由固定的零点来表示被测量点的位置。每一个被测点都有一个对应的测量值。通过编码盘上的角位置就可以看出，精度要求越大，量程越长，要求的二进制位数也就越多，也就越复杂。
由于增量式光电编码器具有结构简单、价格低、精度保证更加的容易等一系列的优点，因此它在机床的位置检测中的应用是非常广泛普遍的。增量式光电编码器，是一种旋转式脉冲发生器，可以用在以单位传感器为检测位置的计算机伺服系统中，这样不但能够达到简化伺服系统结构的目的，而且还减少了体积和重量，大大的降低了生产成本。
In order to design a XY platform control system, The article introduces the current situation and development trend and constituent part of XY motion platfor, it mainly discusses the control circuit connection and the function of the software design. Control circuit of correct connection, directly influence communications of the machinery and the computer, the servo system is the foundation of whole motion control system in the control circuit .
K=V/ΔX（V表示坐标的运行速度，单位m/min；ΔX表示跟踪误差，单位为mm）
各联动坐标轴的K值是相同的，这样才可以保证合成运动时的精度。
对伺服系统的基本要求
1.精度高；
2.稳定性好；
3.快速响应；
4.调速范围宽。
第三章系统总体方案设计
系统总体方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，伺服电机类型，计算机控制系统的选择。
间接测量是旋转型检测装置安装在驱动电机轴上，把转动件的角位移检测出来，这样就可以间接性的测出平台的直线位移，将旋转型检测装置作为半闭环控制系统的位置反馈来用。其优点是无工作台行程限制，测量方便；缺点是增加了回转运动变为直线运动的传动链误差，影响了测量的精度。
（二）数字式测量和模拟式测量
数字式测量是指将被测量以数字的形式显示出来，在一般情况下信号是为电脉冲的，可直接送到数控装置进行比较处理和显示。这样的检测装置有：光栅检测装置等。装置的结构简单化，抗干扰能力强。
GT系列运动控制器还提供8路限位开关输入，4路伺服电机驱动器使能信号输出以及16路通用数字量输入、输出接口等。电机被GT-400-SV控制卡集成在同一个运动控制器上，由于它有着价格低廉、使用起来方便快捷、性能稳定、功能强大等特点，因此，在一些输出模拟量控制信号的交流伺服电机控制场合对它来说是非常合适的。使用该控制器进行控制时，只需要PC机、接口端子板、控制器配套电缆、外部接口电源、电机及驱动器等硬件【5】，相对来说简易，而且也容易控制。
1）系统运动方式的确定
该系统要求工作台实时检测位置，因此采用闭环控制方式。
2）伺服系统的选择
交流伺服电动机的价格便宜、造价成本不高、设计简单、可靠性高，而且交流伺服电机不仅解决了直流电动机在结构上的整流子、高成本、寿命期不长、电刷维护的难度高、应用领域受到限制等缺点，而且还延续了交流电机的坚固耐用、动态响应好、经济可靠、输出功率大等优点。因此选用交流伺服电机。
3）计算机数字控制逐渐成为运动控制的主要控制手段和方法，
4）交流运动控制系统应用范围更加广泛,有着取代直流的趋势，
5）在运动控制系统的性能分析与设计中愈来愈需要计算机仿真和辅助设计【2】。
1.2 发展趋势
随着机械数控业的发展,运动控制系统的功能也愈来愈突出,在以后的发展过程中,控制的趋势主要体现在以下几个方面:
在GT-400-SV运动控制卡中，提供了标准的ISA总线产品。运动控制器提供C语言函数库、Windows动态函数链接库，使用快捷方便，大幅度缩短了系统研发周期，能够实现复杂的运动控制功能，而且用户还可以根据自己需求、人机界面显示、应用接口等模块进行合理的配置，改造出符合自己所需要求的控制系统，以便在不同的应用领域得到相应的使用。
跟随误差极限设置
加速度极限设置
控制输出极限设置
2.3平台位置检测装置
控制系统中的一个重要的装置中便有位置检测装置，在闭环、半闭环控制系统中，它的主要作用是检测位移和速度，并把对应的信号发到数控装置那里进行信号处理与计算，实现反馈控制，构成闭环或半闭环控制。数控装置对位置检测装置的要求如下：
1、满足精度和速度的要求；
XY运动平台控制系统的设计
XY motion platform control system design
总计 毕业设计29页
表格3个
插图19幅
摘 要
在信息技术迅猛发展的今天,仍然改变不了机械制造业在国民经济的基础地位。而作为机械中核心部分的控制系统，更是整个装置的灵魂。而XY运动平台作为机械装置里的基本简易设备，更是一些数控加工装置上的基本部件，在科学研究领域里，也将其视为一种理想模型。
Key Words:Manufacturing industry ; Control system; XY platform; Connection;Servo system
第一源自文库绪论
1.1运动控制系统发展现状
随着计算机技术的发展,数控技术不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，数控技术，机电产品得到飞速发展。随着信息技术的发展，特别是现代控制理论研究的深入，数字化控制技术在控制领域的比重将逐渐增加，并逐渐取代其他传统控制方法的趋势。数控技术的发展历程经历了硬件数控和计算机数控两个阶段。硬件数控的控制功能和运算功能都是靠逻辑电路来完成，因此,柔性和灵活性都不完美。计算机数控是随着微机技术的发展而产生的，它的绝大部分功能基本上都是有程序软件来完成。运动控制系统作为其中的一个至关重要的硬件部分，它的作用也随之水涨船高，得到了飞速发展【1】。
1）运动系统交流化；
2）功率变换装置高频化；
3）系统的运行速度高速化，结构装置超小化；
4）系统实现集成化。数字和总线技术的提高，使运动控制系统走向多机多种控制的系统集成阶段；
5）控制的数字化，智能化和网络化。
第二章 XY运动平台控制概述
2.1 XY运动平台控制系统
硬件组成
运动平台控制系统主要由PC机、运动控制卡以及与其对应相应的驱动器等部件组成的控制系统。控制系统核心——运动控制卡接收到由PC机发出的位置和轨迹指令后，自身进行信息处理，规划成伺服驱动器能够接受的指令类型，再发送给伺服驱动器，伺服驱动器接收到指令后，对其进行信息处理和放大，输出给执行装置。光电码盘和驱动器构成一个闭环控制系统，提供速度、转矩和位置三种控制方式。
ISA系列运动控制器外形结构如图所示：
图2.2ISA系列连接器与跳线器外形结构图
G
表2.1GT400-SV功能
总线
ISA
控制周期
用户可调（默认200微秒）
模拟量输出
4轴 范围：﹣10V~＋10V
看门狗
实现运动轨迹预处理
点到点运动
S曲线 梯形曲线 速度控制
硬件捕获
编码器Index信号
原点Home信号
安全措施