伺服电机的控制． 点击：4325 | 回复：36
发表于：2007-06-19 14:12:00
32楼
IFSB (Industrial Field Serial Bus)是一种适合于实时高速多轴同步运动控制的网络总线。应用IFSB总线的标准PC的运动控制器与标准伺服驱动器实现无轴（电子轴）传动印刷控制系统。
该系统以高精度的电子同步伺服驱动取代了造价昂贵的传统机械部件，如齿轮、机械长轴和凸轮盘等；还提供了速度、相位及凸轮同步，收放卷控制，张力控制，套准控制等所有功能，并将这些驱动功能根据具体印刷要求数字化。其运动控制器可不间断地计算产生虚拟主轴的位置，并通过光缆即时传送至各个驱动器，从而实现印刷过程的同步运作。这一技术还将大大减少调试过程中的油墨及纸张消耗，从而满足国家对印刷行业的环保要求。从此引发了各类印刷机无轴化的潮流。
1、IFSB实时高速多轴运动控制平台
1．1 平台结构框架
该平台完全基于标准PC，在主机端插接PCI总线的IFSB主通讯卡，通过总线与系统要求的接口卡简单级连交互各种信号，由计算机完成印刷机的复杂的算法，运动控制器与伺服控制器完成印刷动作。为保证系统能与标准伺服驱动器相连，我们开发了一个带IFSB总线背板的3U机箱，机箱有多种规格可插一个电源模块和3-7块应用接口板，各种应用接口卡使得系统能与各类传感器和执行机构接口，扩展了系统的应用范围。如果一个机箱满足不了系统的要求，可以多级级连，机箱最多可级联8个。
计算机操作系统可采用Windows2000/XP/XPE或Linux操作系统。为保证控制系统的实时性，通过Windows内核中段服务程序（ISR）编程可以达到实时性的要求。Windows操作系统环境的开发资源和应用程序丰富，熟悉开发技术的人员多。所以目前我们采用Windows加内核编程的方法来满足控制的实时性要求。经测试采用这种方法系统可以响应20k频率的中断。
平台支持Windows 2000/NT/XP等。应用程序支持集成开发环境象Microsoft Visual Studio 或者Borland C++，Delphi等面向对象工程语言进行开发，同时系统开放内核数据结构。进一步地系统还提供Labview和Mathlab的编程接口。下位机数据通过总线接口以及系统开发工具包对用户开放。用户应用系统的开发过程如下：
1、系统硬件系统配置。系统具有硬件自动识别和枚举功能，系统配置工具能对接入系统的模块功能进行识别和配置，通过硬件调试工具，分析硬件系统结构，生成硬件系统配置文件。
2、进行运动控制系统功能定义。根据硬件系统配置信息，定义系统功能。主要包括联动轴、驱动器控制模式。定义内核数据结构，位置控制模式，数据交换方式等。
3、根据系统硬件结构，采用系统开发包进行控制系统功能定义。采用系统开发工具包分析机械系统动态参数以及动态响应特性，调整系统运动参数。
4、基于Windows组件对象模型，根据给定用户接口，开发应用程序组件，ActiveX或COM（用户可
以开发自己的译码组件、插补组件等）。
5、采用用户熟悉的工程开发工具，在Windows环境下对系统进行功能开发。
6、系统支持用户自定义控制策略，但这需要支持的系统开发工具。
1．2平台的特色及优势
1、采用Windows 设备驱动程序模式，利用运行于内核的Windows设备驱动程序，截获系统中断，在ISR
中实现实时功能。同时实现系统调度功能。不用实时操作系统可满足运动控制的实时要求。
2、 IFSB满足了开放结构控制器的用户可以在较大范围内根据需要选择和配置硬件，为解决下一代的
数字化驱动接口提供了途径，可以在设备控制层实现分布式控制。
3、 IFSB采用通用Windows操作系统实现了硬实时控制，为实现控制系统的复杂模型控制、高速、高
精度性能奠定了基础。
4、系统硬件扩展方便，当控制轴数和I/O点数增加时，对数控系统硬件结构没有影响，便于控制系统
的扩充和裁减。
2、无轴传动基本介绍
2．1 无轴传动概念
在印刷行业中无轴(Shaftless)传动又称电子轴传动或者伺服传动，也就是去掉印刷机的机械传动长轴，由一个或多个伺服电机来驱动每一单元。
目的是提高印刷套准精度、提高印刷速度，减小机械磨损、噪声污染，提高机器模块化程度，减少开机辅助时间。
2．2 无轴传动与传统轴传动的区别和优势（揉版印刷机为例）
1、传动的精确度提高。电机每转动一圈有好几百万脉冲可以藉此作非常精密的定位、比例及速度的控制，配上智能型驱动器及高速微处理器，对套准精度的控制可大幅度提高。此种以电子线路代替轴杆传动的ELS系统(Electronic Line Shafting)使分机组驱动的概念得以实现。所谓ELS先进的控制技术是采用超高分辨率的编码器(直接安装在电机内)和高速微处理器来指定系统内每一转轴的正确位置，并能精确地复位。
2、在采用齿轮及轴杆传动系统时所不可避免的扭力不稳定性及齿轮的滞后性，都会导致套准有所飘移，尤其是在加速或减速时更甚。如果传动轴越多、越长，齿轮越多、越大，其积累误差系数就越大。这种误差在新的传动与控制系统中就可避免。何况齿轮在使用过程中难免发生机械磨损，误差就会加大。齿轮又是印刷中出现条纹(或称杠子)故障的主要根源。
3、不用轴，印刷机上滚筒的转动就不再受齿轮节距的限制，印刷品的重复长度就没有固定的局限，而可以随意加以调节。这在适应包装印刷品规格多样化需要的柔性版印刷机上尤受欢迎。只要把印版滚筒的周长调换到要求，并把重复长度数据输入控制中心，就可以了。
4、除了可省去大功率的驱动电机，降低电力消耗外，同时还取消了一系列机械传动机构，包括：印版滚筒压印滚筒的驱动齿轮、齿轮箱、皮带盘、皮带、传动轴等，结构简化后，另备件储备缩减，维修停机时间减少。而且A/C伺服电机与同步电机均为无刷型结构，其维护比有刷型电机简单省事。
5、伺服电机与同步电机在整个运行过程中提供高度恒定的转矩，在快捷的变速时，惰性或滞后性低。因此，由此而产生的废次品也就大为减少，生产效益提高。尤其在短版活多的情况下，更显出其优越性。
该系统以高精度的电子同步伺服驱动取代了造价昂贵的传统机械部件，如齿轮、机械长轴和凸轮盘等；还提供了速度、相位及凸轮同步，收放卷控制，张力控制，套准控制等所有功能，并将这些驱动功能根据具体印刷要求数字化。其运动控制器可不间断地计算产生虚拟主轴的位置，并通过光缆即时传送至各个驱动器，从而实现印刷过程的同步运作。这一技术还将大大减少调试过程中的油墨及纸张消耗，从而满足国家对印刷行业的环保要求。从此引发了各类印刷机无轴化的潮流。
1、IFSB实时高速多轴运动控制平台
1．1 平台结构框架
该平台完全基于标准PC，在主机端插接PCI总线的IFSB主通讯卡，通过总线与系统要求的接口卡简单级连交互各种信号，由计算机完成印刷机的复杂的算法，运动控制器与伺服控制器完成印刷动作。为保证系统能与标准伺服驱动器相连，我们开发了一个带IFSB总线背板的3U机箱，机箱有多种规格可插一个电源模块和3-7块应用接口板，各种应用接口卡使得系统能与各类传感器和执行机构接口，扩展了系统的应用范围。如果一个机箱满足不了系统的要求，可以多级级连，机箱最多可级联8个。
计算机操作系统可采用Windows2000/XP/XPE或Linux操作系统。为保证控制系统的实时性，通过Windows内核中段服务程序（ISR）编程可以达到实时性的要求。Windows操作系统环境的开发资源和应用程序丰富，熟悉开发技术的人员多。所以目前我们采用Windows加内核编程的方法来满足控制的实时性要求。经测试采用这种方法系统可以响应20k频率的中断。
平台支持Windows 2000/NT/XP等。应用程序支持集成开发环境象Microsoft Visual Studio 或者Borland C++，Delphi等面向对象工程语言进行开发，同时系统开放内核数据结构。进一步地系统还提供Labview和Mathlab的编程接口。下位机数据通过总线接口以及系统开发工具包对用户开放。用户应用系统的开发过程如下：
1、系统硬件系统配置。系统具有硬件自动识别和枚举功能，系统配置工具能对接入系统的模块功能进行识别和配置，通过硬件调试工具，分析硬件系统结构，生成硬件系统配置文件。
2、进行运动控制系统功能定义。根据硬件系统配置信息，定义系统功能。主要包括联动轴、驱动器控制模式。定义内核数据结构，位置控制模式，数据交换方式等。
3、根据系统硬件结构，采用系统开发包进行控制系统功能定义。采用系统开发工具包分析机械系统动态参数以及动态响应特性，调整系统运动参数。
4、基于Windows组件对象模型，根据给定用户接口，开发应用程序组件，ActiveX或COM（用户可
以开发自己的译码组件、插补组件等）。
5、采用用户熟悉的工程开发工具，在Windows环境下对系统进行功能开发。
6、系统支持用户自定义控制策略，但这需要支持的系统开发工具。
1．2平台的特色及优势
1、采用Windows 设备驱动程序模式，利用运行于内核的Windows设备驱动程序，截获系统中断，在ISR
中实现实时功能。同时实现系统调度功能。不用实时操作系统可满足运动控制的实时要求。
2、 IFSB满足了开放结构控制器的用户可以在较大范围内根据需要选择和配置硬件，为解决下一代的
数字化驱动接口提供了途径，可以在设备控制层实现分布式控制。
3、 IFSB采用通用Windows操作系统实现了硬实时控制，为实现控制系统的复杂模型控制、高速、高
精度性能奠定了基础。
4、系统硬件扩展方便，当控制轴数和I/O点数增加时，对数控系统硬件结构没有影响，便于控制系统
的扩充和裁减。
2、无轴传动基本介绍
2．1 无轴传动概念
在印刷行业中无轴(Shaftless)传动又称电子轴传动或者伺服传动，也就是去掉印刷机的机械传动长轴，由一个或多个伺服电机来驱动每一单元。
目的是提高印刷套准精度、提高印刷速度，减小机械磨损、噪声污染，提高机器模块化程度，减少开机辅助时间。
2．2 无轴传动与传统轴传动的区别和优势（揉版印刷机为例）
1、传动的精确度提高。电机每转动一圈有好几百万脉冲可以藉此作非常精密的定位、比例及速度的控制，配上智能型驱动器及高速微处理器，对套准精度的控制可大幅度提高。此种以电子线路代替轴杆传动的ELS系统(Electronic Line Shafting)使分机组驱动的概念得以实现。所谓ELS先进的控制技术是采用超高分辨率的编码器(直接安装在电机内)和高速微处理器来指定系统内每一转轴的正确位置，并能精确地复位。
2、在采用齿轮及轴杆传动系统时所不可避免的扭力不稳定性及齿轮的滞后性，都会导致套准有所飘移，尤其是在加速或减速时更甚。如果传动轴越多、越长，齿轮越多、越大，其积累误差系数就越大。这种误差在新的传动与控制系统中就可避免。何况齿轮在使用过程中难免发生机械磨损，误差就会加大。齿轮又是印刷中出现条纹(或称杠子)故障的主要根源。
3、不用轴，印刷机上滚筒的转动就不再受齿轮节距的限制，印刷品的重复长度就没有固定的局限，而可以随意加以调节。这在适应包装印刷品规格多样化需要的柔性版印刷机上尤受欢迎。只要把印版滚筒的周长调换到要求，并把重复长度数据输入控制中心，就可以了。
4、除了可省去大功率的驱动电机，降低电力消耗外，同时还取消了一系列机械传动机构，包括：印版滚筒压印滚筒的驱动齿轮、齿轮箱、皮带盘、皮带、传动轴等，结构简化后，另备件储备缩减，维修停机时间减少。而且A/C伺服电机与同步电机均为无刷型结构，其维护比有刷型电机简单省事。
5、伺服电机与同步电机在整个运行过程中提供高度恒定的转矩，在快捷的变速时，惰性或滞后性低。因此，由此而产生的废次品也就大为减少，生产效益提高。尤其在短版活多的情况下，更显出其优越性。
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