机电一体化实验平台是机电一体化技术和测试技术的有机结合,系统集成了电机驱动技术,运动控制技术,计算机控制等。主要用于各大、中专院校开设的”机电一体化”“传感器原理”“自动检测技术”“运动控制技术”等课程的实验教学。
本实验指导书包含的实验内容包括以下的几个部分:
第一部分为实训实验,主要包括交流伺服控制系统实训与故障诊断实验,直流伺服控制系统实训与故障诊断实验,步进控制系统实训与故障诊断实验,变频控制系统实训与故障诊断实验。
第二部分为运动控制与数控系统实验,主要包括单轴电机运动控制实验,二维插补原理及实现实验,丝杠反向间隙实验,数控代码编程实验。
运动控制起源于早期的伺服控制,简单地说,运动控制就是对机械理运动部件的位置、速度等进行实时的控制,使其按照预期的轨迹和规定的运动参数(如速度、加速度参数等)完成相应的动作。
实际应用中,运动控制系统是由运动控制器、功率放大驱动器、伺服电机、起反馈作用的传感器、加上一些传动机械系统部件组成。
运动控制器是以中央逻辑控制单元为核心、以传感器为信号元件,以电机/动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置,运动控制系统通常有开环控制和闭环控制两种形式。
如图 1-1 所示,为开环运动控制系统的典型构成。在开环控制系统中,系统的输出量对控制作用没有影响,既不需要对输出量进行测量,也不需要将输出量反馈到系统的输入端与输入量进行比较。采用步进电机的位置控制系统就是开环控制系统的例子。步进驱动与控制器只是按照指令位置运动,不必对输出信号(即实际位置)进行测量。
在闭环控制系统中,作为输入信号与反馈信号之差的作用误差信号被传送到控制器,以便减小误差,并且使系统的输出达到希望的值。闭环控制系统的优点是采用了反馈,因而使系统的响应对外部干扰和内部系统的参数变化均不敏感。这样,对于给定的控制对象,有可能采用不太精密且成本较低的元件构成精确的控制系统,采用交流伺服电机的位置控制系统(如图 1-2 所示)就是闭环控制系统的一个例子,安装在电机轴上的编码器不断检测电机轴的实际位置(输出量),并反馈回伺服驱动器与参考输入位置进行比较,PID 调节器根据位置误差信号,控制电机正转或反转,从而将电机位置保持在希望的参考位置上。
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