运动控制创新实验室方案.docx
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运动控制创新实验室方案
运动控制
实验室方案
一、运动控制系统实验室建设背景 2
（一） 当前运动控制实验室建设的不足 2
（二） 运动控制技术的发展方向 2
1、历史回顾 2
2、发展方向 2
二、鸥鹏科技运动控制实验室方案总体框架 3
1、鸥鹏科技运动控制实验室建设的人才培养目标及方式 3
2、鸥鹏科技运动控制实验室建设的内容 3
1） 运动控制系统装、拆与测量 3
2） 运动控制技术重点知识创新实验 3
3） 运动控制基本加工工艺及加工参数设置要求 3
4） 运动控制技术的综合创新应用 3
5） 运动控制实验室层次示例 3
三、课程大纲 4
四、配套设备与器材 5
1、 直线运动模块装配套件 5
2、电气控制系统接线套件 6
3、模块化小型雕铣机床对象 7
1）二维平台和三维带主轴平台可随意相互转换 7
2）控制部分：
基于PCI总线和DSP的运动控制器 7
3）驱动模块 8
4）可构成机电控制系统 9
5）应用软件系统 10
6）可做进行的实验：
12
三、推荐方案配置 13
一、运动控制系统实验室建设背景
（一）当前运动控制实验室建设的不足
高校运动控制实验室的目标是培养优秀的中国运动控制人才，而目前国内很多高校所建运动控制方面的实验室，基本由几台车床、铣床、加工中心等单一设备组成，实验室建设缺少战略规划思想，存在许多不足。
1、耗费资金多：
几台机床购买下来需要上百万，甚至几百万上千万，这对于一般学校是很难实现的；
2、运动控制原理无法体现：
训练操作，有关原理比如：
直线插补等概念无法实验理解；
3、技术落后：
很多学校贵的设备买不起，只能买一些技术含量低甚至落后的来实现，很不利于运动控制方面的培养和发展；
4、效果差：
学生多、设备少，只能走马观花，实际实验效果差。
5、学生学习运动控制系统不理解，学的西门子，不会用发那科，又要从头学，没有掌握学习运动控制的核心。
（二）运动控制技术的发展方向
1、历史回顾
从1952年美国麻省理工学院研制出第一试验性运动控制系统，到现在已经走过42年历程。
运动控制系统由当初的电子管式起步，经历了几个发展阶段，分体式晶体管式……小规模集成电路式……大规模集成电路式……小型计算机式……超大规模集成电路式……微机式的运动控制系统。
80年代，运动控制装置由NC向CNC发展，广泛采用32位CPU组成多微处理器系统；驱动装置向交流、数字化方向发展，CNC向人工智能方向发展。
90年代，计算机技术飞速发展，推动了运动控制技术的更快发展，知名厂家正向基于PC机构的方向发展，完全利用PC丰富资源，使系统正直实现开放性。
2、发展方向
●基于PC全开放性
●数字化
●网络化
●高速高精度
二、鸥鹏科技运动控制实验室方案总体框架
1、鸥鹏科技运动控制实验室建设的人才培养目标及方式
●培养目标：
机电一体化，运动控制应用型人才
●培养方式：
课堂教学，实验教学，企业实践相结合
2、鸥鹏科技运动控制实验室建设的内容
1）运动控制系统装、拆与测量
通过实验了解装配精度的基本测量方法、装备精度对设备的影响等；
2）运动控制技术重点知识创新实验
通过实验对运动控制设备的模块进行认知，掌握3种控制方式的特性比较、常见执行机构的特性比较、几种插补的特性比较、反向间隙的测量与补偿、脉冲当量与设备运动速度关系、几种精度、机床坐标与工件坐标等；
3）运动控制基本加工工艺及加工参数设置要求
CAM软件生成对加工效率的影响、基本加工参数设置（加工速度、空行速度、进刀量等）；
4）运动控制技术的综合创新应用
利用运动控制知识进行工业上运动控制专机的应用创新，如运动控制雕刻机系统应用开发、运动控制点胶机系统的应用开发等。
5）运动控制实验室层次示例
三、课程大纲
序号
单元
基于工作工程的项目实践内容
技能归纳
学时
1
运动控制工作台和机电一体化系统
运动控制工作台系统机械组件的安装、电气与控制器的连接；
使用运动控制器调试环境进行参数配置和进行简单的位置控制
1．机电一体化系统基本组成和基本的安装调试过程
2．运动控制器的调试环境和系统特征参数
6
2
机械组件的安装和调试
直线运动模块机械组件的装配
旋转运动和直线运动的换算
直线运动模块装配质量的检验
1．直线运动模块的装配技能
2．滚珠丝杠和滚动导轨运动特性
3．直线运动精度的检测方法
4
3
传感器选型和电气特性
限位开关的安装与测试
光电编码器的信号读取和位置换算
光栅尺的安装与使用
1．限位开关的选型
2．光电编码器当量的计算
3．光栅尺的安装使用技巧
6
4
驱动与执行装置
步进电机的使用和编程控制
交流伺服驱动器的参数调整
1．步进电机使用技巧
2．交流伺服系统参数调整技巧
8
5
运动控制器与运动控制系统
开环脉冲运动控制器/经济型运动控制系统与步进驱动和交流伺服电机的电气连接
闭环模拟运动控制器/高性能运动控制系统与交流伺服电机的电气连接
1．运动控制器的分类和应用
2．开环脉冲运动控制器
3．闭环模拟量运动控制器
4．运动控制器的总线通讯
5．运动控制系统的分类和应用
10
6
运动规划和数字滤波（PID）
运动控制系统运动参数设置
运动控制系统的点位控制控制测试
运动控制系统的连续轨迹加工测试
运动控制系统控制参数的调整
1．运动参数设置技能功能
2．运动控制系统的操作技能
3．运动控制系统的调试技能
12
7
多轴插补
运动控制系统多轴插补功能的测试
运动控制系统多轴联动测试方法与技巧
10
8
运动控制编程
真实编程加工测试
运动控制编程的方法与技巧
12
9
课程的归纳和总结
撰写学习心得和体会
2
学时合计
70
以上教材由王文斌博士主编，深圳职业技术学院机电学院教师和深圳鸥鹏科技有限公司资深控制工程师协助编写，将于2008年由电子工业出版社出版。
相关课程:
运动控制原理，运动控制应用等
四、配套设备与器材
将最为常用的运动控制铣床小型化、模块化，配合基于PC和运动控制器的通用运动控制系统或者广州运动控制等专用系统，组成完全符合工作过程导向的实训和教学系统平台。
具体包括：
直线运动模块装配套件、电气控制系统接线套件、模块化小型雕铣机床对象、运动控制系统等。
1、直线运动模块装配套件
机械运动模块是机电系统中最基础的组成部分，其安装调试及维护在系统中尤为重要。
单轴直线运动模块提供使用者运动模块套件，套件包含完整的模块零部件（机械件，电机等），零部件清单，装配图，完善的装配指引及相应的工具，利用这些套件，可以装配出完整的直线运动模块，并加以调试。
装配完成后，可通过可选控制器对装配好的直线运动模块进行简单的运动调试。
控制器可选嵌入式，基于PC等，或直接使用驱动器之调试功能进行调试。
2、电气控制系统接线套件
3、模块化小型雕铣机床对象
1）二维平台和三维带主轴平台可随意相互转换
2）控制部分：
基于PCI总线和DSP的运动控制器
a）硬 件：
DSP+CPLD
b）性能参数：
1.4轴交流伺服电机运动控制
2.输出方式：
脉冲/方向、模拟电压
3.脉冲输出驱动电流20mA，输出频率范围0.1Hz~1MHz
4.±10V、12位模拟电压输出
5.4倍频增量光电编码器/光栅输入，输入最高频率1.2MHz
6.可编程事件中断，中断号可跳线选择
7.内置计时器，具有2~230倍伺服周期可编程定时中断能力
8.PCI总线接口
9.零位捕获功能
10.IO功能
11.2路辅助编码器
12.PID+速度前馈
13.可编程梯形曲线、速度跟踪、电子齿轮和直接输出等轨迹控制方式
14.32位运算精度
c）软件支持
1.DOS库文件，Windows动态连接库
2.Windows调试环境，便于了解功能以及学习函数编程，满足系统硬件测试
3.通用控制软件，采用G指令和专用的PLC指令，开发系统无需编写控制软件
3）驱动模块
a）交流伺服电机：
（施耐德）
序号
部件名称
主要参数
备注
图片
1
电机
功率：
200W
编码器：
2500P/R
输入电流：
1.5A
额定转矩：
0.637NM
额定转速：
3000rpm
2
驱动器
功率：
200W
输入电压：
交流200－230V
输入电压频率：
50/60HZ
频率响应特性：
500HZ
b）步进电机：
电机型号
最大静力矩
额定相电流
相阻抗（ohms）
相感抗（mH）
图片
（N.m）
（A）
57HS2A126
1.26
2.8
0.85
3
细分器：
XAL-35：
DC24～40V；1.3～3.5A；2～256细分
c）可选配件：
光栅尺：
KA-300，分辨率：
5微米，速度：
米/分：
有效行程根据机械平台的有效行程确定
4）可构成机电控制系统
系统结构图
图片
开环
半闭环
全闭环
5）应用软件系统
a）运动控制器调试环境
运动控制器调试环境是基于DSP+CPLD运动控制器的开发调试环境，为用户提供最为基本的运动控制的使用，开发范例，步骤。
调试环境包括参数设置、状态显示、运动控制、输入输出测试、中断测试、PID设置、动态响应测试、ZL指令编程等功能
b）通用运动控制系统
通用控制系统采用VC＋＋6.0编制，基于WINDOWSNT4.0及以上操作系统，集成化设计，集运动控制模块，显示操作模块和机床操作面板于一体，纯软件操作，人机界面友好，缩小了体积，减少了连接，提高了系统的集成度和可靠性，可直接应用于工业，用户可以轻松进行NC代码编程，验证，乃至结果输出（通过笔架绘出或三维加工）。
通用控制系统软件包含三个主要功能模块：
程序编辑、手动控制、自动加工
c）反向间隙补偿
该模块了解工程系统中反向间隙的产生原因，并进行间隙补偿的工程实际问题。
也可作为运动控制器的学习和使用，步进伺服系统的学习和使用，常用元部件的学习和使用，机电系统设计和控制软件编程等。
d）交流伺服电机动力学特性
系统可作为运动控制器的学习和使用，交流伺服系统的学习和使用，常用元部件的学习和使用，以及PID调节器使用与编程，机电系统设计和控制软件编程等。
e）运动控制插补原理实验系统
本系统通过对逐点比较法和数字积分法两种插补方法的介绍和演示，使用户比较直观地了解具体地插补过程和结果，加深对运动控制插补原理的认识，用户可以通过自己的插补算法进行实验。
6）可做进行的实验：
a） 运动控制器基础实验
b） 电机与驱动器调整实验
c） 电机特性实验（交流伺服、直流伺服、步进）
d） 单轴运动轨迹规划实验
e） 插补原理及实现实验
f） G代码编译实验轴线定位精度、重复定位精度的测量
g） 交流伺服系统：
驱动器位置、速度、力矩回路的调整
h） 编码器和直线光栅实验：
位置、速度、加速度的测量
i） 反馈控制系统的认识与分析
j） 点位控制实验
k） Windows环境下的编程实验
l） 丝杠的间隙及误差补偿测量
m） 负载变化对系统动态特性的影响
n） 外部干扰对系统动态特性的影响
……
三、方案配置及报价
参考厂商：
深圳鸥鹏科技有限公司
以30名学生为一班，同时开设实训项目，3人为一组。
推荐实训设备方案与预算如下
可起草标书用
设备名称
型号
技术参数
数量
单价
金额
备注
三维伺服实验平台
OT-XY201505AL
OpenNC软件，OTXY201505可拆装运动平台（P4精度）、四轴DSP运动控制卡（PCI总线）、200W交流伺服电机3套（带安装法兰）、电控箱（含两套伺服驱动器和电源等）
49000
三维步进实验平台
OT-XY201505SL
OpenNC软件，OTXY201505可拆装运动平台（P4精度）、四轴DSP运动控制卡（PCI总线）、步进电机3套（带安装法兰）、电控箱（含两套步进驱动器和电源等）
38000
主轴扩展模块
OT-EP90
90W电主轴，变频器，电机安装套件和相应软件模块等
11500
光栅尺扩展模块
OT-R3-27X2
数量2根（配XY），计量长度270mm，分辨率5um，相应安装套件
3200
笔架
OTXY-BJ01
与基础实验平台配套
700
如果采用交替实训的方式，可以将设备数目减半或根据具体情况购置，大大减少投资，提高设备使用效率。
对实训效果只有少量影响。
适应专业：
机械工程、机电一体化、电气工程及其自动化
鸥鹏科技上海办事处
联系人：
杨波
手机：
138********
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