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PLC编程与伺服控制系统 2012年2月 课程简介 学时 32主要内容 伺服系统与PLC1 伺服控制系统的执行机构2 伺服控制系统的检测单元3 伺服控制系统4 PLC及程序设计方法5 PLC在伺服系统中的应用 主要参考书 1 钱平 伺服系统 北京 机械工业出版社 2011 2 邹逢兴主编 控制器件 第二版 北京 中国水利出版社 2011 3 寇宝泉 程树康 交流伺服电机控制技术 北京 机械工业出版社 2003 4 贺昱曜 运动控制系统 西安 西安电子科技大学出版社 2009 5 陈隆昌 控制电机 第三版 西安 西安电子科技大学出版社 2003 6 张莉松 伺服系统的原理与设计 北京 北京理工大学出版社 2006 一 伺服控制系统构成 1 伺服系统 ServoSystem 伺服系统 也称为随动系统 是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作 从而获得精确的位置 速度及动力输出的自动控制系统 它用来控制被控对象的转角或位移 使其自动 连续 精确地复现输入指令的变化 2 伺服控制系统的构成伺服控制系统一般包括控制器 驱动器 执行机构 被控对象 测量 反馈环节等五部分组成 驱动器 控制器 执行机构 被控对象 测量 反馈环节 给定 输出 测量 3 伺服控制系统的分类1 按执行机构分类步进伺服系统 使用步进电机 直流伺服系统 使用直流电机 交流伺服系统 使用交流电机 2 按控制形式分类开环伺服系统半闭环伺服系统闭环伺服系统 开环伺服系统构成框图 机械执行部件 A相 B相C相 f n 控制指令 脉冲频率f脉冲个数n换算 环形分配器 功率放大 步进电机 半闭环控制系统构成框图 主要内容 速度控制与驱动器 检测与反馈单元 位置控制单元 速度控制单元 电机 机械执行部件 位置反馈 实际速度反馈 CNC指令 位置控制器 位置检测通过间接方法 闭环控制系统构成框图 主要内容 检测与反馈单元 位置控制单元 速度控制单元 电机 机械执行部件 实际位置反馈 实际速度反馈 CNC指令 速度控制与驱动器 位置控制器 直接位置检测 3 按反馈比较方式分类脉冲 数字比较伺服系统相位比较伺服系统幅值比较伺服系统全数字伺服系统4 按控制参数分类位置伺服系统速度伺服系统力矩伺服系统 二 伺服控制系统的技术要求 1 稳定性当系统给定输入或外界干扰的作用下 能在暂短的调节过程后达到新的平衡态或恢复到原来的稳定状态 2 系统精度 伺服系统精度是指输出量复现输入量的程度 一般以误差的形式表现 包括动态误差和静态误差 3 响应特性 响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度 决定了系统的工作效率 响应速度与许多因素有关 如计算机的运行速度 运动系统的阻尼和质量等 4 工作频率 工作频率通常是指系统允许输入信号的频率范围 当工作频率信号输入时 系统能够按技术要求正常工作 而其它频率信号输入时 系统不能正常工作 三 伺服控制系统设计的主要内容 1 伺服系统控制方案的确定按照对象的特点和需要 并考虑系统的性能指标要求 元件的资源和经济性 工作的可靠性和使用寿命 可操作性能和可维护性能等制订控制系统方案 2 执行机构的确定伺服系统的执行元件 可采用电动机 液压泵和液压马达 气动设备 电磁离合器等 应根据伺服系统的总体控制方案 并考虑系统动力 响应速度 被控量调整范围 功耗 体积 经济性等需求来确定执行机构 3 伺服电机驱动器确定根据伺服系统的总体控制方案及执行机构的选择来确定伺服驱动环节 4 控制规律的确定依系统结构 控制精度 动态响应速度 超调限制等确定控制规律 5 其它系统辅助元件的选取 四 PLC与伺服控制 1 PLC在伺服控制系统中的作用1 作为主控单元与伺服单元 模块 一起完成较高精度的伺服控制 2 完成一些低精度的直接控制 2 PLC的伺服控制功能1 软件模块为伺服控制应用专门设计的一些指令模块 2 硬件模块为伺服控制设计的一些硬件单元 3 PLC 运动控制器 卡 和数控系统PLC 以逻辑判断 动作控制为主 对于复杂运算 尤其是曲线浮点运算能力较差 PLC一般需配置相应的伺服单元才可进行精确的运动伺服控制 单独使用无伺服单元的PLC一般无法满足精度 速度等要求 一般用于精度要求不高的伺服系统 专用运动控制器 卡 专用针对运动控制的运算 更多的是在电机 转轴的运动控制上 控制器通过通信接口与计算机一起完成伺服控制 控制卡为基于PC的运动控制器 两者本质上没有太大差别 伺服控制器 卡 一般配有专门的软件用于系统配置及监控 基于PC的数控系统 结合运动控制及动作的逻辑控制 多参数的运算功能 结合了运动控制器 卡 及PLC的一些功能 成本较高