二维加速度矢量转台控制系统设计

二维加速度转台控制系统电气连接图
系统硬件部分概述
转台控制系统的主体硬件由变频调速电机控制系统和 伺服控制系统组成。
变频调速电机控制系统主要提供主转臂的合成加速 度。变频调速电机控制系统由控制主体工控机、变频 器和交流电动机三部分组成。该系统中的工控机机采 用研华（ADVANTECH）工控机，变频器选型为艾默生 EV3000 变频器，变频调速电机为嘉兴巨能电机厂生产 的 YVP 系列变频调速三相异步电动机。
(4)计算伺服电机的位置角度:根据矢量合成原理，将 切向加速度和法向加速度的合成加速度重新分解到 试件轴的x向和y向，当试件的x向加速度达到要求时， 将此时的分解量作为参数，由此，可以计算出其位 置角度。 C. 变频电机启动运行 将变频电机启动，该期间内，既有法向加速度，也 有切向加速度。在要求的时间内达到要求转速，当 其达到期望转速后开始平稳运行，此时，其切向加 速度为0，只具有法向加速度。 D.伺服电机启动运行 在变频电机开始平稳运行时，可以启动伺服电机。 启动的初始位置为锁定的初始零位。在变频电机和 伺服电机启动运行并最终达到实验要求位置的时间 为很短的时间，约为100ns左右。
绪论
转台
转台
毕业设计任务
设计一个计算机控制系统，自动监测并控制 主转臂达到设定的合成加速度，控制试件的 角位移，把合成加速度分解到试件的横向和 轴向，使其加速度满足控制要求。
控制方案的设计
二维加速度矢量转台控制系统框架图
二维加速度转台控制系统原理简述
图2 二维加速度矢量转台控制系统工作原理图
该二维加速度转台主要靠变频调速电机和伺 服电机相互配合实现的，由伺服电机系统改变 试品位置角度和由变频调速电机提供动力的方 式，使试品切向加速度基本保持为零，法向加 速度为设定值。 根据其工作原理 Ax+Ay=Ar+At 可知，在整个 试验过程中，需要提供两方面条件才能实现试 品所需要的加速度值：一个是由变频调速电机 控制主转臂的转动速度即电机的转动频率，另 一个由伺服电机来调节试品的转角即以试品轴 心为坐标系的X向和主转臂垂直方向的夹角。
系统的软件控制部分描述
软件设计是整个控制系统设计的重要组成部分， 软件是实现系统控制策略的核心。系统包括上位机的 控制界面编程和对控制器的参数整定与调节以及下位 机的运动程序编写。上位机界面控制程序主要包括伺 服电机的控制和变频调速电机的控制。整个系统是在 Delphi 环境下，伺服电机的控制是通过调用PMAC提 供的编程软件实现系统上位IPC机与下位机PMAC运动 控制卡之间的通信。变频电机控制是通过调用 Delphi 下第三方 控件Spcomm 串口通信控件来实现的。 该系统设计采用的是美国Borland（宝兰）公司 delphi7软件。
控制界面介绍
利用delphi下的界面设计，设计了该控制系统的控制界面。控制 界面设计了X向和Y向加速度输入，限定输入为10 g～50g。其输入 值需要与后台关联，在输入确认后，需要点击“输入参数确认”， 将期望的数值更新，然后点击“启动按钮”，将开始运行程序。
二维加速度转台控制系统工作过程简述
A.设置参数 在delphi控制界面设置x和y向加速度，满足客户需求的 参数。 B.初始化 (1)变频器初始化:将软件计算得出的合加速度转换成转 速，再将其对应的频率得出。 (2)伺服电机锁定:将伺服电机锁定之初始零位，在未接 受到指令前禁止转动。默认初始零位为与二维转台平 面垂直的方向。 (3)计算变频调速电机的频率:根据加速度的合成原理， 将指定的x和y向加速度分解到主转臂（法相加速度） 和初始零位方向（切向加速度），根据角速度、转速 与频率的关系，得出期望的变频调速电机的频率。
伺服系统主要用于试品的位置控制，实现试品 运动时的角度跟踪。矢量转台伺服控制系统由工控 机（IPC）、可编程多轴运动控制器（PMAC）、伺 服电机驱动器、伺服电动机组成。该系统中PMAC 采用Delta Tau 公司的Turbo PMAC PCI Lite控制卡， 伺服驱动器选择Kollmorgen公司SERVOSTAR系列无 刷伺服驱动器S620，包括电流环、速度环、位置环 三个控制回路，伺服电机选择丹纳赫公司的伺服电 机AKM52K，自带旋转变压器，可以检测出伺服电 机转动轴的速度和转动角度。
二维加速度转台控制系统实物图
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二维加速度转台控制系统工作流程
流程图
变频控制环节：计算出一定的频率，让变频调 速电机按一定的频率转动，通过减速机构将其 转变成主轴的动力，同时与其相连的主转臂能 够获得所期望的合加速度。我们利用主控计算 机发出的指令来控制变频器的频率，来控制转 臂的加速度。 伺服控制环节：从研华工控机（IPC）上利用控 制系统编程软件将指令发送到可编程多轴运动 控制卡(PMAC)，再由可编程多轴运动控制卡 (PMAC)将命令传送到伺服电机驱动器，伺服电 机驱动器控制伺服电机按指令进行运动，来实 时适配试品的位置角度。