直线伺服电机拖动的电火花成形机

直线伺服电机拖动的电火花成形机
1前言

　　　电火花加工技术经历了半个世纪的发展历程，以其独到的成形性能和以柔克刚的“切削”性能而成为模具加工领域的重要加工手段。但也经历了一波三折的坎坷历程，一次又一次受到了来自其他加工手段的冲击，并且一次又一次地提高和完善，显示出其强大的生命力。

　　　时值世纪之交，电火花加工技术再一次受到来自以数控加工中心为代表的切削技术的空前猛烈的冲击。数控加工中心技术在主轴旋转高速化、刀具材料新型化及机床主体刚度的提高、数控轨迹功能的发展等方面均有进步。这一系列技术进步，使电火花加工技术又面临着新的挑战。

　　　以此为契机，日本沙迪克公司率先开发了直线伺服电机的电火花成形机。这种机床在传统成熟的电火花加工技术基础上，又融入了直线伺服系统先进的最新技术，使电火花成形加工的性能有了较大的提高。

　　　在模具成形这一特定的加工技术中，抑制成形加工实用加工速度的最主要原因是复杂形状所造成的加工状态恶化。以高运动速度著称的直线伺服系统用于电火花成形加工的高速跳跃功能，派生了免冲液加工工艺，提高了电火花成形加工的实用加工速度，缩短了电火花成形加工的实用加工时间。

2直线伺服系统的技术特点

　　　采用直线伺服系统后，省去了丝杠传动环节，奠定了轴高速运动的基础。加之控制系统采用了高速的32位计算机，使得轴的运动速度大幅度提高。沙迪克公司的AQ系列直线伺服的电火花成形机和LN系列的数控电源，可在0.0001mm的控制当量的条件下使轴的运动速度达到36m/min，这样的技术指标使得新一代的电火花成形机兼具了高速度和精加工的综合条件。

(1)全新的加工工艺，突破传统的工艺指标

　　　轴的高速运动给传统的电火花成形工艺带来了巨大的变革，这种变革不仅仅限于因高速运动而缩短了装夹、校正、精密定位所需的时间，更重要的是实现了加工中的高速跳跃(抬刀)。跳跃(抬刀)是电火花成形加工必不可少的措施，在形状复杂或深窄型腔加工中，不采取跳跃(抬刀)和冲液等措施几乎是不能加工的。但是跳跃(抬刀)时无放电现象，是电火花加工中的“怠工”现象，影响了加工时间的利用率。快速跳跃(抬刀)使“怠工”现象时间缩短，从而提高了时间的利用率和加工速度。同时，高速跳跃(抬刀)也为增加跳跃(抬刀)幅度创造了条件，使得加工时放电间隙的流体作用力得到了充分的改善，完全免除了粗加工时的冲液处理，并且使加工时间缩短到原来的1/2。图1是一个用快速跳跃免冲液处理的深窄型腔加工实例(加工后纵向剖开)，电极的断面尺寸为1mm×38mm，电极锥度1°，型腔深度70mm，电极材料为石墨，两个电极。总加工时间5h，其中粗加工时间160min，加工后工件表面粗糙度Ra为2μm。



图1

　　　直线伺服系统的优越性不仅在深窄型腔的加工工艺指标上取得了突破性的进展，而且功能领域也空前拓宽。图2是一个Y型(三叶型)电极加工深窄型腔的典型加工实例。Y型(三叶型)电极的厚度仅0.25mm，在人们的传统观念中，如此形状的加工具有相当的难度。深度超过10mm被视为禁区，此加工实例的加工深度为40mm，它表明直线伺服系统的实用化，使我们轻而易举地进入了传统禁区。



图2

(2)稳定精加工的保证，高响应速度、高稳定加工的伺服系统

　　　直流伺服系统的电火花成形机中，直线电机与滑板形成了一体化结构。因此，滑板的移位是直线电机的直接移位，两者之间无任何传递环节。这样，在伺服运动中去除了中间环节的损失与响应滞后。图3是直线伺服系统运动轴的指令位置与实际位置的对比关系，从中可看出，在电火花加工这种特殊的可逆伺服运动中，动态响应时间仅在毫秒数量级。因此，直线电机的高速响应系统与传统的旋转交直流伺服电机带动滚珠丝杠的系统相比，提高了一个数量级。



图3

　　　众所周知，在电火花加工的精加工过程中，电极与工件不接触，它们之间的有效放电间隙仅十几微米，传统的伺服电机和滚珠丝杠系统在指令脉冲和实际位置间存在着数十至上百毫秒的滞后，实现稳定、平滑的伺服并保持较高的精加工放电效率是十分困难的。直线伺服系统的优越性在电火花小间隙精加工过程中得到了充分的体现。仅数毫秒的高速响应和大于1g的加速性能，确保了可实现电火花放电微观过程小间隙的持续性，使精加工脉冲利用率大幅度提高，进而使精加工的加工速度在直线伺服系统的平滑伺服运动中得到了提高。

(3)实现精密控制及长期精度保持性的综合措施

　　　直线伺服系统的运动方式决定了其伺服单元必须采用直线位置反馈元件作为位置检测环节，这是唯一的方式。因此，直线伺服系统的控制和驱动只可能是一个全闭环的系统，直接检测滑板的直线移位，其中没有丝杠的螺距误差，没有丝杠和联轴节的反向间隙误差，也避免了传动链零件的磨损等干扰因素。直线运动的导向也采用了与直线电机高响应速度相适应的滚动导轨，这些措施的综合使用，实现了机床的精密控制和长期的精度保持性。

(4)慢速微进给的平滑驱动

　　　电火花成形加工的特点是加工的平均伺服速度缓慢。粗加工时每小时进给距离只有几毫米，精加工时每小时进给距离仅零点几毫米甚至更慢。这就要求电火花加工伺服具有优良的动态特性，以适应频繁的制动、反向和保持工具与工件的微小间隙。进而要求系统具有平滑的驱动特性，且必须解决通常AC电机的齿槽效应所造成的影响。为此，沙迪克公司的直线伺服系统的控制当量和驱动当量为0.1μm，同时在制作直线电机时采用了高密稀土类永久磁铁作为磁场材料。在磁体的分布排列上，采取了错落分布的排列方法(如图4所示)，加之采用与电机性能相匹配的、可对各相电流进行细微控制的变频交流驱动系统，这一系列方法确保获得最合理的磁场相位关系和合理的电流相位关系，从而最大限度地平衡了直线电机各相电枢绕组之间的推力，克服了动态负载和大范围速率变化的难题，使齿槽效应的不良影响降到了最低，使伺服运动达到平稳。



图4

3与直线伺服系统配套的相关技术

　　　直线伺服系统电火花成形机的问世及其所显示出的巨大功能潜力，无疑对成千上万的用户形成了强大的吸引力，并必然刺激各制造商争相开发和更新产品以争夺市场。

　　　但是，直线伺服系统机床的商品化过程除必须解决本文前述的有关技术难点外，还必须解决一系列与直线伺服系统配套的相关技术。

(1)垂直滑板(Z轴)的重力平衡和锁轴

　　　因直线伺服系统的高速运动特性和高加速特性，决定了该系统不能以重锤的方式作为重力平衡装置。其原因在于当滑板(Z轴)的运动加速度大于1g的时候，重锤的自由下落不可能跟踪滑板的上升运动，即失去了平衡作用。因此，沙迪克公司的Z轴平衡装置采用了气缸式的机构(如图5)，依靠气缸中的气压实现重力平衡。这一装置有如下优点：①机床处于工作状态时，因气压的平衡装置对滑板重力的支承作用，电机工作在微功耗状态，只有在快速跳跃时，电机才进入到大功率的运行状态；②气压平衡使垂直轴的锁轴功能可靠化。驱动器失电后，垂直滑板重力瞬时处于自由下落状态，传统的电磁锁轴此时因动作滞后而极易导致滑板的误移动，对保持位置和加工精度的影响始终是十分困扰人的，气压平衡装置和气压夹紧将使锁定可靠。



图5

(2)主轴自重及其承重

　　　直线伺服系统的高速运动特性和高加速特性，使主轴自重和悬挂在主轴头上的工具电极在加速瞬间发生“超重”或“失重”现象。如在加工时的某瞬时，主轴以a的加速度作快速跳跃运动，则此时质量为m的工具电极的瞬时重力W=m(g+a)。重力的变化必然给系统的驱动造成巨大压力。因此，在确保主轴头刚度的同时，兼顾减轻主轴的自重则显得至关重要。具有重量轻、热变形小的人工合成陶瓷材料是实现上述目标的优选材料。但值得注意的是，产品的实用化过程表明，与直线驱动系统相配套的直线导轨的高速响应性及严格对称分布的磁场力，对平滑的驱动和防止滑板受力位移更为重要。因此，位于主轴两侧的一对直线电机和一对直线导轨的位置设计和安置调试工艺必须正确，以达到力的抵消，有利于获得直线度高、平滑性好的驱动。

　　　重力的变化对驱动系统的输出力和主轴承重的夹紧力提出了更高的要求。沙迪克公司制造的直线电机系统输出力可达3000N，直线电机的驱动原理与传统的AC电机相同，可迅速完成与CNC软件匹配的设计开发。与直线电机伺服系统相配套的夹具在与传统系统的承重相同的情况下，结构设计更坚固、夹紧力及安全余量更大，可全面适应从最小几微米的细丝电极、窄筋电极至最重50kg大型电极的平滑稳定的伺服加工。

(3)固定工作台和XY轴的滑板滑枕结构

　　　电火花成形机的XY十字滑板结构已经历了数十年的实用历程，其运动的机械刚性、控制的方便性已为人们所公认，其结构设计和制造工艺亦业已成熟。

　　　但是，因工件的成形加工是浸泡在工作液里进行的，直线伺服系统机床的高速运动特性和高加速特性有可能导致工作液的溢出和飞溅，所以不允许机床的工作台移动，这就是固定工作台的原因所在。

　　　电火花成形加工的加工伺服是方向可逆的。这与切削伺服的固定方向完全不同。因此沙迪克公司的直线伺服机床的XY轴的滑板滑枕结构与数控铣或加工中心等切削机床大相径庭，甚至与某些已商品化的电加工机床的滑板滑枕结构也截然不同。如果将主轴头与滑板滑枕看作一个刚性整体，它必须具有长宽尺寸大于高度尺寸的合适比例。主轴头座与滑板滑枕间固定面不仅要有足够的面积，还要有足够的高度。这样才能避免伺服加工时因机械变形而产生的响应滞后(见图6)。



图6

　　　滑板和滑枕的双导轨间应有尽可能大的跨度，以得到足够的支承距离。沙迪克公司机床的X轴为滑板，Y轴为滑枕，每轴分别有大于1m的导轨跨度，能充分适应固定工作台的伺服、跳跃、摇动和轮廓创成的功能要求。

4结论

　　　直线电机和直线伺服系统在电火花成形机上的应用，使加工工艺的实用指标发生了革命性的提高，它代表了电火花加工工艺装备的发展趋势。

　　　在直线电机伺服系统机床的商品化和实用化过程中，必须解决一系列难点和完善与之配套的相关技术。

中达机电技术在珩磨机自动化中的运用
1 引言

　　　在金属等材料切削成型加工领域，珩磨加工属于精加工后期的精整加工，其目的是为了获得更小的表面粗糙度，并稍微提高精度。珩磨用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行微小加工余量切削的方法。

2 工艺原理

　　　珩磨用镶嵌在珩磨头上的油石（又称珩磨条）对精加工表面进行的精整加工，又称镗磨。珩磨主要应用在对孔的加工, 但根据需要有时也用珩磨来加工外圆, 平面, 锥形孔和非圆孔(例如转子发动机的非圆孔珩磨）。珩磨加工不一定要对所有的孔有珩前要求, 此外珩磨需要根据加工要求, 要能改善尺寸精度，形状精度, 表面精度，甚至位置精度。 几乎所有在工业领域应用的工艺材料都可以用珩磨加工。根据不同的工件材料选择相应的切削砂条，使得珩磨可对硬质处理和未硬质处理的钢，铸铁，青铜，轻金属，粉末合金及镀铬或者其它镀层的金属进行加工。加工的尺寸范围为直径1－2000 mm，长度至24米的工件。 珩磨的应用范围已扩展到了整个金属加工工业领域。主要的应用领域为：汽车工业，刀具及机床加工工业，液压及气压器件生产以及航空航天领域。除此之外在空气压缩机和电机的生产制造中珩磨加工也得到了广泛应用。

3 方案设计

　　　由中达电通公司开发的卧式精密珩磨机，具有较高的工作效率和工作性能，该系统不但精确珩磨工件内圆，而且能够精确检测工件内圆的“凸点”，加工效率也远远超过内圆磨床。基于中达机电技术的自动化卧式精密珩磨机如图1所示。
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2009-3-18 09:58

图1 自动化卧式精密珩磨机

3.1控制系统的核心工艺及控制分析

　　　系统要求珩磨和“凸点”检测同时进行，珩磨的厚度主要由珩磨油石、油压控制检测的光栅和PLC共同实现，由于台达32EH00M伺服控制专用PLC系列能够接收2信道差动输入，所以无需其它转换电路，光栅尺信号可直接接入PLC，且同时将伺服驱动的分频输出直接输入PLC，以便实时检测机台的绝对位置。在实际的珩磨过程中，因工件内圆的“凸点”存在，由此形成珩磨变频马达电流瞬间的一个峰值，利用系统核心PLC记忆该电流峰值形成时的位置，然后控制伺服小车在此“凸点”珩磨摆动的次数，达到预期的珩磨精度，同时也可以根据光栅尺内圆半径的检测，自动研磨至设定的厚度。所以该系统采用变频负载/电流线性对应关系，完成了对加工工件内圆的“凸点”检测。台达V系列变频为全矢量高性能的驱动，能够快速精确反应出负载电流的变化，而台达PLC采用通讯方式快速采样变频器电流为该系统的关键所在。

3.2控制结构设计

控制结构参见图2。



图2 伺服控制结构

3.3硬体控制方案

PLC ：DVP32EH00M台达伺服专用。
变频器 ：VFD075V43台达全矢量控制型。
伺服系统：3000W/台达中惯量系列。

系统电控柜参见图3。



图3 伺服系统电控柜

3.4 人机界面设计

关键的控制参数如图4、图5、图6所示。



图4 系统监控主页



图5 伺服参数画面1设置



图6 伺服参数画面2设置

3.5主要技术规格

（1）加工孔径： 3-250mm
（2）最大加工长度：2500mm
（3）主轴转速： 50-600转/分，无级调速
（4）珩磨速度：1.00m-22m/分
（5）主轴功率： 7.5KW
（6）机台功率：3KW
（7）油泵功率：400W

4结束语

　　　方案研发运行结果说明，系统设计达到预期设计效果。该机床可以加工各种材料的内圆工件，从淬火钢、硼铸铁、硬质合金、陶瓷到铝合金、青铜、有机玻璃等硬软材料，以及其它难加工材料的内圆工件。由于台达PLC/EH系列提供大容量掉电保持数据寄存器（8000项），所以控制系统性能具有无须其它外设即可实现用户工艺配方的存储，方便现场生产的灵活调度的特点。

浅谈数控系统在机床行业中的发展
自从1952年世界上第一台采用电子管组成的数控系统装备3坐标连续控制铣床（美国帕森公司和麻省理工学院合作研制）以来，微电子技术、自动控制技术、计算机技术以及精密机械等技术都取得了突破性的进展，集这些于一体的数控机床的发展更是日新月异。数控机床是一种装有程序控制系统的机床。它也是一个典型的机电一体化产品。
　随着现代制造技术的进步，人们生活水平的不断提高，市场需要个性化产品日盏增多，因此中、小批量零件的生产越来越多，而且要求零件的精度更高，形状也日趋复杂化。这样，作为实现柔性化、自动化最重要的加工装备，数控机床的高速发展及大量推广应用就成为现实。
　柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）都是以数控机床作为基础装备，为此，要求现代数控机床向以下十个方面发展。
1.高速化
　现代数控系统已由l6位CPU过渡到32位CPU，国外的一些新型数控系统已选用了64位CPU，并采用具有精简指令集运算的蕃片RISC作为主CPU，以提高运算速度。现代数控机束的设定单位和快速进给速度分别达了0.01～tm和10～24m/arin，甚至更高。
2.高精度化
　伺服系统的作用是用指令按给定运动速度及运动轨迹进行准确跟踪及定位。
　伺服系统的质量直接关系到数控机床的加工精度。现代数控机床采用了交流数字伺服系统，并采用新型控制理论实现了高速响应伺服系统。一些新的数控系统具有热补偿和空间误差补偿功能的传感器及软件（如补偿丝杠、齿轮等的间隙误差）。这样可以圆满地解决高速度与高精度这一对矛盾。
3.高自动化
　数控机床在零件加工过程中。可以完全按照预订的程序自动进行，对于刀具的进给、工件的检测。操作者无需干预，人们只需发山启动指令．并进行监视即可。现代数控机床装有先进的监控、检测装置。一旦诊断发现工件超差、刀具磨损等故障，能及时报警，并给予补偿或调换刀具，大大提高了数控机床的自动化程度，实现了连续地长期自动化加工，同时保证了产品质量。
4.高效率
　现代数控机床一般都采用自动换刀、自动更换工件等装置，实现一机多能，采取工序集中原则减少装夹次数、减步周转时间、减步夹具数量、减少操作者的人数、减步占地面积，从而缩短辅助时间。在同一台数控机床上，既能进行粗加工，又能进行精加工，提高了数控机床的利用率。现代数控机床还采用大功率电机，相应配备新型刀具，提高切削效率，缩短加工时间，经济效益显著。
5.高柔性
　实现数控加工的重要环节是数控机床的零件程序编制。现代数控机床利用CNC很高的存储及运算能力，采用自动程序编制技术。使零件程序编制工作可以在数控系统上在线进行。具有人机对话功能，实现程序的输入、编辑、修改及删除，具有前台操作和后台编辑的功能，还有宏程序的设计功能等。在装有小型加工数据库的新型致控系统中，根据加工要求，自动选择最佳刀具及切削用量，具有自适应控制能力，甚至以三维彩色动态图形显示。这样大大缩短产品研制周期，给新产品的研制开发、产品的改进及改型提供了捷径。
6.高可靠性
　新型数控机床采用大规模或超大规模的集成电路。采用专用芯片及混合式集成电路，实现了三维高密度安装技术，提高了线路的集成度。减少了电子元器件的数量，简化了数控机床的构造，从而避免工件报废，提高了数控机床的可靠性和安垒性，井具有很强的故障自诊断功能及保护功能。为了适应各类机床的不同要求。采用CNC系统的现代数控机床只需改变软件或控制程序；在数控系统的硬件方面。可以选择不同功能模块，组成满足用户需求的数控系统，保证了产品的质量。
7.很好的操作功能
　新型数控机床具有很友好的人机界面。采用彩色CRT屏幕或LCD液晶屏幕显示或提示，与手动操作键盘配合，并利用菜单选择操作方式，使操作者大为方便。减少了操作面板上的按钮数和指示灯数，提供了操作方法的提示，减少了操作错误。
8.很强的PLC功能
　现代数控机床装有可编程控制器（PLC），将CNC与PLC有机地结合起来，采用梯形图（LAD）的监控功能，为机床故障诊断及维修提供了方便。强功能PLC还具有多轴联动（同时控制）的功髓。
9.良好的环境性
　新型数控系统对资源的综合利用和优化利用柏力高，现代数控机床在运行过程中产生的噪声、废物等对生态环境的影响小，有利于劳动者的职业健康，并减轻了操作人员的劳动强度，提高了安全性，这样人在其中的工作状态良好，符合现代社会的发展需求。
10.较高的联网及通信功能
　为适应FMC、FMS及cIMs的要求，数控系统一般都带有RS322和RS422标准串行通信接日，可以与上位计算机进行数据交换。在具有DNC接口的高档数控系统中，可以实现数白数控机床的直接控制及数据通信，从而实现了从设计到制造的无图样自动化。
　为适应多层次的加工自动化要求，满足不同厂商对不同类型数控机床的联网需要。开发了MAP通信接口模块。近年采用了MAP3.0版本，可以允许不同厂商的设备之间进行数据通信并使这些数据应用到整个工厂的各个环节中。MAP工业控制网的实现。增强了产品市场竞争力，也为现代数控机床进入FMS、CIMs创造了有利条件。

伺服电气控制系统在工业化生产中的应用及其改进
在大力发展工业产业化的进程中，自动化技术得到了大量的运用和发展。随着电的广泛应用，与电相关的电力设备技术（如：交/直流伺服电机、PLC控制器、步进电机、变频器等等）也得到了充分的发展和应用，使得伺服电机及其控制系统在工业社会化大生产中的使用越来越多，其控制技术也越来越先进和成熟。
　　 我公司是一家集化工、机械、电子等多方面于一体的国有大型高科技企业，属于较典型的生产型企业，包含了高压变配电、强电控制、弱电控制及计算机网络化控制；使用的设备涉及到美、日、德等多个国家和地区，也有很多国产设备。在生产进行过程中，通过设备技术上的创新，提高开机率和降低设备故障率，为生产稳定、提高成品率和经济效益提供最有效的保障，这是作为设备技术人员的职责。
　　 因此，对设备进行改良，按照“稳—精—新”（即在设备及生产工艺稳定的基础上，进行精确控制，追求不断创新）的工作思路，采用更先进、更稳定的控制技术来提高设备运行精度和稳定性，才能打破制约生产效益增长的瓶颈，创造更多的社会财富和企业生产效益。
　　 而我所在部门的设备主要以液压、气压装置和交流伺服控制系统为主，其中交流伺服控制与PLC编程控制的综合应用得最为广泛，在生产中的各个工序环节都使用了伺服电机进行高精度控制来满足生产工艺上的需求。各个厂家的伺服系统在组成原理方面基本是相同的。PLC基本上采用的是标准化、模块化结构，因其易于检查维护，更换模块操作也很简便。而生产现场运动的电机需要长期工作在高温及频繁正反转的这样极恶劣的运行环境下，其运动过程中也需要满足多个位置、多种速度的工艺要求，因此需要很精确的控制电机加/减速度和速度超调、位置误差等工作特性曲线，普通电机是不能满足的，所以选用了伺服电机及其控制方式。
　　 下面以我车间销钉工序使用的施耐德电子公司的伺服电机为例阐述，借此以窥伺服电机系统在工业化生产中应用及其的改进之一斑。
　　 原来使用的是型号为S74D-S00 P010（3.24KW）交流伺服电机。其控制系统采用位置环、速度环、电流环的三环反馈控制，能够对系统进行精确定位；其硬件由多种类型模块及驱动器组成：
　　1、 中央控制器——频率186MHZ、内存为512K（型号：CPU 113 03）；
　　2、 电源模块——电压为115V/230VAC、电流8A（型号:140 CPS 114 00）；
　　3、 I/O模块——开关量型DDI、DDO，模拟量型DAI、DAO；
　　4、 位置控制模块——型号：MSC 101 00；
　　5、 通讯模块——NOM 211 00；
　　6、 变压器——输出199V和33V电压；
　　7、 驱动器——DR1030（CYLINE 1000A）；
　　8、 伺服反馈电缆
　　9、 其他连接电缆（通讯用站电缆、TAP头）；
　　10、 图形工作站——型号：XBT F-023310，作为操作盘功能、监控显示、参数调整、报警指示等功能。
　　
　　其构成简要框图如下：
各部分功能为：1、电源模块提供380V动力电和12V控制电压。
　　 2、PLC控制位控模块和接受I/O模块信号。
　　 3、编码器反馈速度控制变量等到位控模块。
　　 4、MSC101位控模块（可编程）检测位置、速度等变量，送PLC。
　　 该伺服电机多轴运动控制系统稳定性和精确度还可以，但使用元器件较多、结构复杂，相应的故障率较大、维护比较困难。
　　 其伺服驱动装置接线原理图如下图所示：

　　 由该原理图可以看出其元件众多、电压等级多样繁复。而且该系统找寻电机原点方式繁杂，系统必需要一个原点OFFSET偏值，此原点偏值随每台电机（同型号）不同而不同，（每台交流伺服电机都有一个偏角值，启动时，必须在此偏差角范围内才能稳定停止，随后电机以此为零位置可任意正反转。）。在自动寻得原点后，可使电机正常运转，但是在PLC控制模块断电后，再重新启动时，程序仍将运行位置控制模块里原先设定的角度偏值即位控参数，运行原先设定的值会造成电机原点OFFSET不正确，故要在每次更换交流伺服电机时找到该电机的原点偏值并输入到位置控制模块程序里进行保存。否则，会引起电机失速（即飞车），造成电机及其他设备损坏。
　　 鉴于此类不稳定因素，根据生产工艺要求，我们重新选用了施耐德公司的BPH系列无刷电机中的BPH 1902N和MHDA系列伺服驱动装置中的1056N相组合的运动控制系统。新运动控制系统产品将速度环和电流环集成在驱动器上，减少了元件，提高了其集成度，使设备线路简洁，降低了故障率。我车间在2003年2月14日抓住C220线压机计划停机大修转位直线缸的契机，在公司主管领导多方关心、密切协调，解决了设备改造上的硬件条件。原设备拆除和硬件安装接线在我的指导安排下顺利进行，耗时两天。因为我在该系统使用和软件方面了解得最深刻，所以整个调试修改工作就由我来独立进行。
　　 我采用了倒逼方式，分节设置参数，调试正常后，再总装调试的步骤。先调试电机只在MHDA驱动器控制下，通过上位机——笔记本电脑里的控制软件（MMDS）监控，调整加/减速度、参数修改等，使电机静态时特性稳定，启/停过程平缓无冲击。完成该步后，再连接上位置控制模块（140 MSB 101），有外部干扰存在的实际工作环境下，再次调试其运动控制特性。最后接入PLC信号，模拟完全系统（电机不带负载）工作参数调整，满足要求后才连接负载，进行完整的联动试车。
　　 整个安装调试过程共进行了三天，取得了圆满的成功，至今设备运行状态良好。
　　 改进后的设备架构基本未变，但是具有监控电机寻原点更加可视化，运动参数储存在驱动器内、调整更加方便，运行更加稳定的改良特性。并且，在设备组成上接线线路很简明，脉络简单，元器件更少。相比之下：
　　 1、原输入380V交流电压，通过变压器转换输出199V和33V给驱动器电源，再由驱动器电源转换输出正/负12V和20V电压给驱动器，还有24V电压开关量信号，最后连接到电机输出380V交流电压。可见其电压等级繁多，设备复杂。
　　 改进后的控制系统仅输入380V交流电压，进入驱动器后直接输出380V交流电压，外部接线十分简单明了，少了很多转换设备，而且驱动器具有电机特性参数存储功能。
　　 2、新系统电机为无刷式电机，其稳定性和耐用性更高，电机本身静态特性更优良。
　　 3、连接线路简化了，干扰产生更少，抗干扰能力也更强，使电机控制系统更稳定。
　　 通过对上述系统的比较、分析，可以看出：正是由于伺服控制系统的高精度性，高可靠性，高平稳性及易于控制调整等等优良特性，使得伺服控制系统的应用更加广泛，其控制技术也不断进步、发展，为工业化进程作出更多的贡献。

六轴数控系统和台达交流伺服在工业机械手臂上的技术应用
针对目前工业生产线自动化程度不断提高的现状，本文主要介绍了中达电通六轴数控系统和台达交流伺服在工业机械手臂上的技术应用，突出了中达电通数控系统自有的丰富功能，并配合台达伺服系统优异性能，能够为客户提供有价值的整合方案。
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2009-3-19 09:26
随着工业生产线自动化程度的提高，并日趋向柔性化发展。工业机械手臂被越来越多的应用在涂漆、包装、焊接、装配等生产环节，来代替人工完成恶劣环境下的劳动。本案介绍了利用中达电通六轴数控系统的六轴联动和教导模式下自动生成NC程序等系统功能，配合台达ASDA系列交流伺服强健控制和内置的位置指令寄存器功能，来实现对六轴机械手臂的控制系统和自动生产线的技术改造。
一、技术要求和难点分析
　　　客户采购该六轴机械手臂，用于变压器生产流水线的点胶、浸漆和烘干工序。原型机为日本制造，因控制系统损坏无法修复，故提出改造要求，并且需要控制系统和伺服满足如下条件：
1.伺服运动轴
　　　在机械上，六轴机械手臂结构上设计为6自由度空间坐标系。其中X、A、B、C轴采用伺服电机驱动1:10的齿轮箱间接传动，做近似360度圆周运动，Y和Z轴采用伺服电机驱动螺距10mm的滚珠丝杠，再连接力臂做近似120度圆周运动。这六个伺服轴要求能够联动。
　　　客户要求在原有六轴机械手臂的基础上，再增加一个伺服轴D通过丝杠用来拖动机械手臂前后运动，使其能自由移动到生产线的任何地方，但不要求联动控制。
　　　客户还要求控制系统能够控制七个轴，并且至少六轴联动，伺服轴运动速度可调。
此外，对于伺服控制系统，因为机械手臂在机械设计上采用6自由度空间坐标系，而区别于普通的直角坐标机械手臂机械。因而在运动过程中，机械负载的惯量会因为机械力臂的不同而发生较大范围的变化，这就要求伺服系统具有优异稳定性、响应性和对负载变化自适应能力。
2.精度要求
机械回零精度：+/-1度。
重复定位精度：+/-1度。
定位精度：2mm。
要求控制系统和伺服系统能够具有检测反馈，来保证机械运动精度。
3.NC加工程序处理
　　　因为采用6自由度空间坐标系，无法采用手动编程和软件编程。因而需要控制系统具有示教功能或者学习功能，能够根据采集的数据自动生成NC加工程序，并能对自动生成的NC程序进行编辑和存储。
4.辅助功能
　　　在辅助功能上，要求控制系统能够通过NC指令来控制多个气动电磁阀动作来实现机械机能，并能根据需要添加检测开关。
5.安全保护
　　　在安全保护方面，除要求控制器可靠的稳定性外，还要求控制系统具有必要的安全保护功能。
二、方案设计的可行性分析
　　　通过对机械设计和控制技术要求分析，确定采用一台中达电通六轴数控系统做上位控制器＋7套台达交流伺服做下位控制器的6AXIS＋1 AXIS的控制架构，具体分析如下：
1.中达电通六轴数控系统的主要特点：
（1）6个独立伺服轴接口，能够控制1～6轴联动，能够满足伺服轴运动控制要求。
（2）电压命令型 (V-Command) 伺服接口，最小解析精度0.001mm，可配合光栅尺或旋转编码器实现闭环、半闭环控制，能够满足精度要求。
（3）最大响应速度500KPPS编码器反馈，能够满足快速定位的需求。
（4）具有教导模式，能够记录下当前的机械坐标点，并能根据采集的数据自动生成NC加工程序，操作者可以方便的对生成的程序进行编辑和阅读。
（5）控制器内存有240K存储空间，可储存1000个NC加工程序，配合标准的CNC键盘可轻松对加工程序进行编辑。
（6）通过六轴数控简易I/0控制指令和内置PLC开发，能够灵活的通过NC程序实现辅助机能。
（7）内置可编程PLC，标准配置为24INPUT/ 16OUTPUT，最大可扩展到96INPUT/64OUTPUT，完全能够满足电气互锁、行程保护、紧急停止等安全电路的设计要求。
（8）配合外配的电子手摇轮可实现“加工程序手摇轮测试”功能，防止机械撞机。
通过比较分析，中达电通六轴数控系统完全能够满足作为机械手臂上位控制器要求。
2.台达交流伺服系统的主要特点：
（1）具有多种控制模式，可与上位控制器灵活配合，应用广泛。
（2）通过伺服内置的运动控制器和外部的I/O来自由规划的8组位置指令寄存器是实现对机械第七轴（D轴）控制的关键。
（3）强健式的控制模式，在负载惯量大范围的变化时，系统仍然可以保持优异的性能。
（4）具有位置P-CURVE和速度S-CURVE平滑功能，且命令来源不论是外部模拟量输入还是内部寄存器设定均有平滑功能。
（5）丰富的软件功能，方便用户用调试。
　　　通过比较分析，台达交流伺服系统也完全能够满足作为机械手臂做下位控制器要求。
通过对机械结构、负载惯量、输出扭矩的分析计算，故选用下列伺服：ASDA 3kW*1台、ASDA 2kW*1台、ASDA 1kW*2台、ASDA 200W*2台、ASDA 100kW*1台，共7台伺服驱动器做下位控制器。
三、方案功能的实现
1.控制系统6AXIS＋1 AXIS的架构


2.硬件的组成和6＋1的设计架构实现
　　　控制系统的硬件部分主要有CNC数控系统、伺服系统和其他辅助元件三部分组成。
（1）CNC数控系统
　　　数控系统选用中达六轴数控系统，它是机械手臂的控制中心，除具有线性插补等运动控制外，还能够进行画面显示、参数设定、程序编辑、PLC逻辑控制等。
（2）伺服系统
　　　伺服系统选用7套台达－A系列交流伺服驱动器和电机。其中ASDA 3kW*1台、用于独立控制机械D轴位移工作台，拖动机械手臂前后运动，使其能自由移动到生产线的任何地方。其伺服控制模式采用台达交流伺服独有的PR控制模式。
　　　它的命令来源为台达交流伺服位置指令寄存器8组内部位置指令（参数P1-15~P1-30设定），伺服电机运转的速度则由参数P1-36~P1-43设定。
　　　通过数控系统I/O输出OUTPUT点Y0-Y3，配合伺服CN1接口的I/O，POS0~POS2与GTRG，就可以选择8组中的一组来当成位置指令来源。当伺服CTRG信号上升沿触发后，伺服电机便会向给定目标运动。
　　　其余6台伺服分别为：ASDA 2kW*1台，控制机械手臂X轴空间移动；ASDA 1kW*2台，控制机械手臂Y、Z轴的空间移动；ASDA 200W*2 台，控制机械手臂A、B轴的空间移动；ASDA 100kW*1台，控制机械手臂C轴的空间移动。
　　　这六台伺服采用的是速度控制模式，数控系统的伺服轴口输出 +/-10V的模拟量电压来控制伺服电机旋转，并实时通过伺服驱动器的PG分周比输出OA/OB/OZ信号将伺服运动状态反馈给数控系统，来实现半闭环控制的目的，来保证机械手臂的运动精度。
（3）其他辅助元件
其他辅助元件主要有：
　　　电子脉冲发生器（MPG手摇轮），规格DC5V，在手动和教导模式下，产生脉冲信号控制伺服轴位移。
　　　动力变压器，规格7.5kVA三相380V/三相220V，作用是给伺服系统提供动力电源。
　　　控制变压器，规格500VA，AC380V/AC220V，作用是给数控和伺服系统提供控制电源。
　　　开关电源，规格500VA，DC24V，AC220V/DC24V，作用是给控制回路提供直流控制电源。
　　　INPUT输入板，规格NPN型，可以连接按钮、行程开关、继电器触点等传感器信号。
　　　OUTPUT输出板，规格NPN型，作用是控制中间继电器、微型电磁阀等DC24V负载。
　　　中间继电器，规格DC24V，增加OUTPUT输出板的容量，线路保护。
　　　气动电磁阀，规格DC24V，控制机械手夹紧气缸和生产线其他辅助动作。
　　　按钮、开关若干，提供各种传感信号。
　　　通过上述硬件配置和架构设计，中达电通六轴数控系统便能够通过速度模拟量电压命令和外部的I/O输出信号来控制一个六轴的机械手臂和一个独立的位移工作台运动了。

　　　中达六轴数控系统具有“示教和手摇轮测试”功能，通过必要的PLC编辑便可以激活这两个功能，方便编译和效验程序。
　　　当配合外部I/O和电子手摇轮，激活“示教”功能后，六轴机械手臂的工作方式是按“示教学习→生成NC程序→编辑修改NC程序→机械手臂再现执行”的过程来完成的，即由人用示教盒对机械手臂工作行为示教。示教过程中，数控系统会记录下机械手臂各运动关节终点的位置信息，并以NC代码的形式显示在CRT荧屏上。
　　　当机械手臂完成一个示教流程结束后，数控系统便会以NC代码的形式记录下一个数据队列。用户可以通过数控系统的标准CNC键盘对当前的NC程序进行必要的编辑，如添加运动速度，数控外部I/O控制等指令，这样数控系统便生成了机械手臂工作所需要的完整信息。
　　　当完成编辑后，激活数控系统的“自动运行”功能，数控系统便能自动依次读取这个数据队列和指令信息，并传达给下位伺服控制器和数控外部I/O控制机械手臂动作。
当我们对“示教”生成的数据信息进行编辑完成后，在执行“自动运行”功能前，可以通过激活“手摇轮测试”功能，来再次校正编辑完的程序。
　　　当“手摇轮测试”功能被激活后，机械手臂会按照先前编辑的指令信息再现动作。伺服轴的运动速度由手摇轮的转动速度和MPG的倍率所决定，当手摇轮停止转动，伺服轴也会停止进给；如继续转动，伺服轴会继续执行动作，从而有效防止机械撞机。
　　　测试完成后，激活“自动运行”功能，机械手臂便会按照程序中设定的速度正常运行。
4.灵活的外部I/O控制和辅助机能的实现
　　　机械手臂的末端执行机构是由电磁阀控制气体驱动气动缸完成机械手指的夹紧和放松动作。
　　　对于中达电通六轴数控系统的灵活外部I/O控制，不但可以通过对数控系统内部的PLC程序编辑来完成，还能够通过在NC程序中直接插入适当的简易I/0控制指令来实现。
如G11 P1***指定OUTPUT***ON，下“RESET”指令无效。G12 P***等待INPUT***ON，程序才执行下一节指令，等等，通过这些指令用户可以灵活的实现外部I/O控制。
机械手臂工作流程和NC编程如图四：
工作流程


5.伺服系统的调节和指令平滑处理
　　　对于伺服控制系统，因为在机械设计上，机械手臂在机械设计上采用6自由度空间坐标系，因而在六轴同时运动过程中，机械负载的惯量会因为机械力臂不同的而会发生较大范围的变化，这就要求伺服系统具有优异稳定性，响应性和对负载变化自适应能力。
　　　通过台达-A系列伺服内置的“自动增益调节功能（PDFF强健式控制模式，参数2－32）”就能达到理想的调试效果，在此调节模式下，当负载的惯量在一定范围内任意变化时，伺服在1HZ的开回路增益能够保持稳定，频宽会随着负载惯量变化而做相应的调整，仍可以保持良好的相位边界，使得伺服的稳态追随误差不会随着负载惯量而有变化。
　　　同时，对于机械手臂在运转时机械结构产生的冲击，（特别是D轴，因为采用内部指令来源），通过激活台达-A系列伺服内置的CURVE平滑功能（参数1－34～1－36）来得到很好的解决。位置P-CURVE和速度S－CURVE平滑功能，可以对运动命令进行平滑处理，使得电机所产生的速度和加速度是连续的。可以很好的改善电机加减速的特性，在机械结构的运转上也更加平顺。


四、结束语
　　　基于以上架构的机械手控制方案具有控制精度高、系统稳定性高、用户操作灵活的优点，这也是中达数控系统和台达伺服独有的一个典型应用。
　　　利用中达六轴数控系统自有的一些丰富功能，配合台达伺服系统优异性能，可以被广泛应用于各种工业自动化领域，完全能够为客户提供更有价值、“量身定做”的整合方案。

DMC300A运动控制器在钥匙加工系统中的应用
摘要：利用科瑞特自动化DMC300A运动控制器高精准的直线插补功能，精确控制两轴步进电机位移，从而实现钥匙齿的轨迹加工；利用DMC300A运动控制器的寄存器器指令、运算指令，只需设置钥匙编号，即可系统自行计算钥匙齿的轨迹参数；利用DMC300A运动控制器内含多组程序的特有机制，可靠的实现不同种类钥匙的加工需求，实现一机多用，并且不同种类的钥匙加工模式互不影响；利用DMC300A运动控制器开放的显示指令，实现了设备运行时状态信息的显示需求；利用DMC300A运动控制器特有的多种参数输入/设置模式，简单有效的实现了加工参数输入灵活、设备系统参数受保护的效果。
关键词：
DMC300A运动控制器 步进电机 钥匙加工 科瑞特自动化；

1.引言
实际的工业生产中，部分的钥匙加工设备仍停留在机械仿模的落后状态，设备效率低下、产品加工精度差、不良率高等诸多问题，而且每加工一种新的钥匙，需要首先制作钥匙模具，可以说，这仅是国外三四十年代的设备产品；另有一些稍大规模的钥匙生产厂商，较早地对设备进行的数控改造，并用上了步进电机系统，不过这些控制系统多数只是单板控制系统，控制系统抗干扰、稳定性很差，并且加工效率也较低；当然，最主要的问题就是系统稳定性差，设备故障率高，因此钥匙生产厂家一般会多备几台控制系统，以便在系统出问题时，及时更换，设备维护成本太高！
　　　虽然，近十多年来，电子、自动化技术得到了迅猛的发展，但在实际现场应用上，部分因为设备改造成本的影响，设备的自动化普及与提高，存在太多的盲区。
科瑞特自动化的DMC系列运动控制产品，无论从性价比或是实现效果上，都能极好地解决此类问题。
2.DMC300A控制器简介
DMC300A控制器采用高性能“DSP+FPGA”主控，系统资源丰富、功能强大、使用简单：
　　 32M存储空间：支持768个程序、768个参数组，每个参数组包括4096个参数，程序和参数组可任意对应，即理论上支持768×768个产品规格；
　　　完全的三轴数控系统：支持任意两轴直线、圆弧插补，每轴带两个硬件限位点；
l IO接口充足：16个输入、8个输出，逻辑关系在程序中确定，功能可完全自定义；
　　　高速高性能：支持每轴200KHz脉冲频率，标准的梯形加速曲线；
l 人机交互便捷：内嵌键盘模块、128×64点阵液晶显示，提供显示指令，用户可灵活控制显示；
　　　高性能内核模块：系统提供一套完整的指令系统，支持用户进行便捷的二次编程，对于非标数控系统，完全优越于G代码编程；
　　　编程方便：可在PC机编程下载用户程序，或在键盘上直接编程；
3. 应用DMC300A的系统分析
从技术层面分析，常用的钥匙牙齿都是极有规律的：

以上几种钥匙，分析钥匙齿的抛面：单个钥匙齿间距基本一致，区别仅为齿的数量及齿的高度不同，并且齿的高度均为等差数列型的固定几个值。
因此，可以用数字1～9来表示每个齿的高度：‘1’表示最短齿，‘9’表示最长齿；
可以用数字的位数表示齿的数量：例如“23419”表示有5个齿，每个齿的高度分别为‘2’、‘3’、‘4’、‘1’、‘9’
用不同的程序，分别实现不同加工工艺的钥匙加工实现：例如，可以用程序‘1’实现单边齿钥匙的加工；程序‘2’实现双边齿钥匙的加工（当然可以用程序‘1’分两次加工实现）；程序‘3’实现十字型钥匙的加工（当然可以用程序‘1’分四次加工实现）；程序‘4’实现月牙型钥匙的加工；程序‘5’实现。。。。。。等等。
4. 运动轨迹的计算实现
常规钥匙齿最大不超过七个齿：“1234567”表示有7个齿；“12345”表示有5个齿等等；
科瑞特自动化DMC系列控制器，M寄存器参加运算，仅保留整数位。
规定S10为钥匙序号，以下程序实现计算得出每个齿的高度：
MOVM M10,S10
MOVM M1,M10
DIV M1,1000000 ‘计算得出第一个齿高度
MOVM M11,M1
MUL M11,1000000
SUBM M10,M11
MOVM M2,M10
DIV M2,100000 ‘计算得出第二个齿高度
......


7. 效果及结论
虽然DMC300A运动控制器没有一个十分大的显示屏，也没一个庞大的体积，但却把操作搞的很简单，这就是“业精于专”；本人多次在一些大型的钥匙、锁具加工厂看到：一台简单的设备旁配备了半个机器大小的控制器，更或甚者各配了一台386电脑，操作复杂、故障率高、设备维护繁琐。最后将原控制器换为DMC300A运动控制器实现，据长期批量使用的数据表明，由于其良好的稳定性、完全解决了频繁设备维护的问题。并且产品生产效率至少提升40％，产品生产合格率由之前的96％上升到99.5%。
讲句题外话：日常生活中，遇到太多一把钥匙开多把锁的现象，究其原因，主要就是一些较小规模的锁具、钥匙生产厂商，由于设备精度的问题，人为降低钥匙及锁具的精度要求，因为非此不能达到产品的合格率；而这些厂，如果使用DMC300A运动控制器，是完全有能力将设备改造好的的。
总体来讲：使用DMC300A运动控制器可以将众多设备的数控问题简单轻易解决掉。因此，针对国内目前低下的生产设备自动化程度，推广及普及DMC300A运动控制器，很有必要、并有价值，很有可能：她将关系到我们的民生问题。

基于PC的开放性数控系统在Intranet中的应用
摘要：介绍了开放式数控系统的特征和优点，分析了Intranet网络在企业中的应用。特两者结合起采提出了直接计算机数控网络的概念，并给出一个应用模型，分析了它的工作流程。
前言
开放式数控系统以其极大的优越性，已经成为未来数控系统的发展趋势。由于计算机技术，特别是PC机技术的高速发展，更给其带来了无限生机。网络技术近几年也取得了极大的发展，在企业中Intranet网络的扩张已成必然。在lntranet环境之下集成多个开放性的自动化加工设备，组成直接计算机数控网络，使企业中的设备如数控机床等具存极大的柔性、可控性和可重组性。这将大大提高企业适应多变市场的能力。
1 开放性数控系统
以前由于计算机技术的落后，通用微处理器的性能很差，不能满足数控机床对它的要求，为了提高数控系统的性能，就只有设计专用的计算机芯片，比如将插补运算直接做在超大规模集成电路里，这使得各个数控厂商都设计了专用硬件系统，并开发专用软件系统。自此以后数控系统走上了封闭性的道路。
目前全世界的数控系统生产集中在少数几个大的生产商如Fanuc、Siemens、All公司中，它们生产的数控系统一般都是封闭的。这使得第三方生产商无法开发相关的应用；数控系统中无法应用最新的计算机软硬件技术。
随着计算机技术的飞速发展，开放性cN12系统越来越受到瞩目。开放性的思想早在I987年就由美国学者首先提出来。开放数控系统使用通用的软、硬件支撑系统，使系统平台开放。开放性使得多个生产商能提供可复用的部件，这些部件可以无缝地组合在一起构成高性能低价格的数控系统。开放CNC系统对成为世界工业标准的TCP／IP协议有完美的支持。当前数控系统一般有两种形式的开放方案。第一种是保持原有的NC内核不变，加入PC前端，提供友好的用户界面等功能。这其实是一种半开放的系统，它是为了保护原有数控厂商的利益而提出的折衷方案。第二种是由PC完全控制整个数控机床的运作，采用通用的高性能计算机和通用的操作系统。在完全开放的软硬件平台上运行具有开放性特征的数控系统。这是一种完全开放的解决方案。它已经成为未来数控系统技术发展的主流。
采用PC作为CNC系统的核心，形成开放的数控系统有着极大的优越性。第一，可以采用最新的计算机软硬件技术，由于通用微机的兼容性，性能更好的PC机可以换掉旧的PC机，用作CNC系统的核心。第二，可以极大地城少数控系统的开发费用。由于封闭的数控系统其硬件系统、操作系统等都是专用的，因而其开发费用是极高的，采用开放性策略，计算机硬件系统采用通用PC机，只要设计相应的接口模块就可以了。PC机中的Windows操作系统平台提供了极强的性能，还提供了许多强有力的应用程序开发工具，如Visual C + + 、lorland C + + Delphi、Visual Basic、JAVA等。利用这些开发工具可以迅速高效地开发出功能强大的CNC系统软件，大大降低了软件开发费用和开发周期。第三，软硬件价格均可降低。由于通用微机、通用操作系统极高的性能价格比，明显降低了cN12系统的价格。第四，有利于加强CNC系统的性能。以往由于运算速度的限制，许多数控功能是由硬件来实现的，现在这些功能已经能用软件来实现，这一方面可以增加系统升级能力，另一方面有些不能实现的功能现在可以用软件的方法来实现。第五，可以大大提高cNc系统的可扩展性、可维护性和易用性等。由于采用通用PC的软硬件系统。使得CNC系统的扩展、维护、使用和一个平常的应用程序一样简单。
计算机技术的发展使开放式数控系统具有了强大的生命力。现在一台普通的微机其运算速度可达500MIPS（每秒执行5亿条指令），这已经达到了以前中型机的性能。而且根据著名的莫尔定律，计算机性能每l8个月提高一倍，而其价格下降一半。越来越强大的通用计算机系统，使得在这之上开发的开放式CNC系统完全有能力在性能上赶上或超过专用的系统。
2 Intranet的兴起
Intranet就是内部网或企业网。可以定义为：在企业内部应用的Internet网络。Intranet是随着Internet（因特网）的流行而发展起来的，它具有]nternet的一切特性。同时由于它用于企业内部，其安全性、可靠性等都得到了加强。
lnternet是基于TCP／IP协议的。由于有了这个协议，全球所有的计算机都可以用网络互连起来。因此TCP／IP协议可以说是]nternet网的核心。世界各国都在Internet网络技术上投人了大量的人力、物力、财力，使得Internet技术已经非常成熟，支持TCP／IP的网络产品极多，其性能价格比也很高。TCP／IP协议也成为全世界公认的工业标准。
在企业内部人们一直有联网的迫切要求，以使企业内部的信息能自由流通，从而改善管理水平，提高企业竞争力。这是cIMS、敏捷制造等思想的一个重要基础，而Internet技术的出现和飞速发展为企业的网络应用提供了极好的机遇，人们将Internet技术应用到企业中，形成了Intranet。
目前Intranet的应用主要有：www（环球网）、FTP（文件传输）、E—MAIL（电子邮件）、news（新闻组）、BBS（电子公告板系统）等。这些应用适合市场推广、市场调查、信息发布、信件往来等工作。在Intranet环境中，大量有用信息可以在企业内部自由流通，各个管理部门能够及时、高效地得到所需信息，经过分析研究作出决策，这对提高企业管理水平有很重要的作用。企业网同样对FMS、CIMS、敏捷制造思想的实现有着重要的意义。这些思想的一个重要基础是良好的网络环境，实现信息的自由流动。但无论FMS还是CIMS其成本很高，技术难度也很大。其中的一个原因是协议不统一和网络技术的落后。在八十年代初美国通用电机公司（GM）开发了制造自动化协议（MAP），到1988年MAP3．0问世。但由于种种原因，MAP协议并没有发展成为世界性的标准。在企业中一直有许多网络协议共存，企业建立统一网络的成本及难度都很大。直到TCP／IP协议成为事实上的工业标准以后，这个问题才得到解决。另一个原因是数控系统的封闭性，它使不同厂商生产的机床系统很难互连，而且第三方也几乎不可能开发相关应用。开放性的思想则完全解决了这个问题。通用软、硬件平台对TCP／IP有完美的支持：还允许第三方开发，并可以集成到一起。只要是开放系统都可能联到Intranet网内，还可以集成不同厂商的软、硬件产品，这样集大量厂商的力量就可以建成高性能、低价格的自动化加工系统。
3 开放式CNC系统在Intranet中的应用模式
将开放式数控机床系统看作最小的生产单元，以Intranet网络环境为基础，将多台开放式自动化设备直接联在一起，就构成了直接计算机数控网络（Direct CNC Networking简称DCN）。它将是未来自动化生产系统的重要方式。
DCN是建立在统一的网络环境Intranet之上的，采用TCP／IP协议为核心，统一的网络环境使任何联网的两台设备之问均可相互交换信息，这使得网上设备的管理具有极大的柔性。TCP／IP协议其实是一组协议，它的底层是物理层和数据链路层，可以采用各种不同的网络产品，如以太网、令牌环网、令牌总线网、光纤网、ATM等，这些网产品其技术已经成熟，产品的性能价格比很高，用这些新产品组成的Intranet，费用相对低得多。对于极普通的以太网lOBaae-T来说，它的带宽可达10MBPS，即每秒传送10M 字节，这样的带宽可以保证数据传输的实时性。例如一个复杂三维曲面，经造型系统生成的NC代码文件可达200M，考虑到网上有多个设备共存，实际传输速率为1MBPS，则传输200M文件仅需200秒，而一台高性能数控机床加工这个曲面可能需要几个小时，也就是说加工这个曲面可能需要几个小时，也就是说数据的传输时闯远小于实际加工时间。而且现在100M以太网技术已经成熟，更有带宽更高的以太网、FDDI、ATM等。TCP（传输控制协议）也提供了完善的可靠性保证，它采用了连接管理、确认与超时重传机制、流量控制等技术。这些技术有效地保证了可靠性。
并不是所有设备都可以进人DCN网的，只有具有开放性特征的设备才能高效地联到DCN中。开放系统采用通用操作系统，对TCP／IP有完美的支持，仅用很小代价就可联网。开放性系统可以提供大量及时的、有价值的信息供网络中任何一台设备访问，例如机床的工作状态，各种切削参数，刀具状况，当前工作进度等，而网上的管理、控制计算机可以随时查询上述信息，利用专家系统、管理系统进行判断运算，做出决定，发出相应的指令，而开放系统根据接收到的指夸来调整机床的工作。
DCN还允许各种CAD／CAPP／CAM 系统的加入．由于大多数这样的系统都能支持TCP／IP协议，一旦这些系统进入Intranet，它们的运算结果就可以直接传送到任何联网的系统中。因而在DCN环境中可以方便地将各种开放系统集成起来。
图1是一个由四台开放数控机床系统和二台工作站组成的一个DCN系统模型。它们用Intranet互连、一台工作站上面运行CAD／CAM／CAPP等大型软件系统，叫做辅助计算机，它的作用是根据产品的设计生成数控代码。另一台工作站上运行管理调度监控软件。称为控制计算机，它是整个系统的中心，作用是监控各设备运行情况，胁调系统中其它设备的运行，其它四个是开放式数控系统，运行于PC机上基于Win．dows平台，执行加工任务，向控制计算机发送机床运行信息，并向阿上其它设备提出某些请求，响应控制计算机发来的命令，接收来自辅助计算机的NC代码，并执行之。




在一个典型的DCN系统中，其工作流程是这样的：
1）CAD／CAM／CAPP中的CAD系统设计出产品，CAPP作出工艺流程，CAM 系统生成相应的NC代码。

2）由控制计算机分析各数控机床系统工作情况，并指示将相应的数控代码由辅助计算机分别传送到每台数控机床系统。并指示数控系统做好准备工作。
3）数控机床执行接收到的NC代码，并将加工过程中的机床状态发送绐控制计算机。在加工过程中碰到异常情况，请求控制计算机处理。
4）加工结束后，数控系统向控制计算机发出加工结束信号，并请求新的加工任务。
5）全部加工结束后，控制计算机通知各系统停止工作，进行相应的后处理。
在这些过程中，2）、3）、4）是可重复的，因为每台机床系统可能都需接受多个NC代码文件，执行多个加工任务。它可将NC代码文件存于硬盘上，在加工时调用，也可以在加工时直接从网上传送过来在系统中采用客户端／服务器的计算结构，控制计算机作为客户端，辅助计算机和四个数控系统作为服务器，服务器接收来自客户端的请求，作出相应的响应，并把运行结果返回给客户端。实际上一旦建立连接以后，双方都可以相互传送或接受请求，网上任两台设备之间的信息传输都是双向的，因而它们实际上互为客户端／服务器。
系统中每台开放式数控系统都是一个自治系统。它可以自动执行一些命令，对加工中的各种情况能够作出相应的处理。特别是一些紧急情况，如撞刀，它需要系统在几毫秒内作出反应，数控系统可以自动地作出应急处理，而在网络上的计算机是不可能在这么快的时间内相互传送信息并作出相关处理的。数控系统自动地处理紧急情况，控制计算机处理不太紧急的事件。网上传输的信息是命令级的，如下载NC代码，传输加工状态，实现设备监控等。这样方面保证了可靠性、安全性，还减少了阿上传输的数据量。在一个企业中可以有多个DCN系统。这些系统经过Intranet联在一起，和企业中的MRPⅡ系统、MIs系统等形成一个整体，如图2所示。这些管理系统可以从DCN系统中的控制计算机中得到相关信息，也可以直接从开放式机床系统中得到更详细的信息。在这样的统一网络中，DCN系统和其它的管理系统可以无缝地联在一起，并可以提供充分的有用信息供使用，从而有效提高管理水平。





DCN系统由于建立在统一的网络之上，因而其硬件的费用低，而且由于使用通用操作系统，它们都支持TCP／IP协议，因而软件的支持环境也极易建立 这些都无需重新开发，所需开发的软件只有系统中的网络应用。这对于网络硬件水平低、长于开发应用程序的中国人来说是一个极好的选择，开发费用也会大大降低。开放式数控系统均可以提供大量的机床内部运行信息，供阿上计算机使用，这可以大大提高管理水平。Intranet网在企业中的一个整体，还和Internet联在一起。只要是联在Intranet或Intrernet上的设备都可以组在一起，形成DCN系统，它消除了地理上的限制，不同车间、甚至不同工厂的设备可以组成DCN，这给敏捷制造提供了很好的条件。DCN的可重组性也是很好，当一个DCN系统完成一个加工任务后．其中的设备可以马上重新组成新的系统，去完成新的任务，这不需要物理上的重组，只需在相应的控制计算机上运行对应的网络程序，信息就可以在新的I）CN系统内有序流动。
利用开放式数控系统和Intranet组成的DCN系统具有硬件成本低、软件开发费用步、性能好、柔性高、可重组性好等优点。它对实现敏捷制造的思想有很高的使用价值．在企业响应快速多变的市场方面，将发挥重要作用。

台达伺服技术在机械手控制系统中的应用
摘 要：简要介绍台达伺服系统在机械手上的应用。详细深入的论述基于现场经验的大惯性运动控制系统稳定性调试问题，讨论过程理论联系实际，包含重要的原理性分析。
关键词：机械手 台达机电 大惯性伺服
1 引言
本文所述机械手是成型机专用的机械手，这种机械手在市场上按照驱动类型主要分为两种类型：一种是有气动元件驱动的只是单纯的作低速点对点的运动控制的低端的机械手；而另一种就是要采用高性能伺服作为驱动元件的作高速精确定位的高性能机械手。在第二种机械手上面采用了台达伺服设计，是本文讨论的对象，如图1所示。伺服在这种机械手上的应用有很多与一般伺服应用场合的不同之处，之前客户使用的是其它伺服技术，研发结果表明台达伺服技术在本项目能够达到更高的性能指标，同时又能降低客户的成本，提高其产品的性价比。

2 工艺要求
这种机械手的工艺原理虽然简单，但是实现难度很大。伺服系统在带动机头作定位运行的过程中运行要平稳滑顺，伺服的运行速度将决定机械手的工作效率是否能够满足客户的应用要求，在高速定位的时伺服电机不能出现过冲，震荡以及整定时间过长。以上的要求全都是在负载惯量比接近70的条件下实现的，大惯量比构成对高精度运动控制技术的挑战。
3 系统设计
项目对象是单轴的机械手基本的硬件配置分为控制部分和驱动部分：
控制器是由单片机开发而成的手持式控制系统，采用模拟量控制伺服驱动器。
驱动系统是台达ASD-A0421LA伺服驱动器+ECMA-C3060402ES伺服电机，就是台达伺服系统的ASD-A系列的驱动器驱动和ASD-B系列电机的配置。
伺服与负载之间的传动结构是采用5：1减速机和T型齿型钢丝PU皮带传动。
3 大惯量比伺服系统调试
首先使用我们台达调试软件估测出负载惯量比为68.6，在这样的惯量情况下要实现伺服的高速响应，必须要提高伺服增益以保证伺服的控制机能，但是在将增益调整到一定的高度以后就必然会出现机械共振，至于通过FFT软件抓取了机械共振点在189 Hz 的频率附近，所以，设定了陷波滤波器的频率为189Hz和衰减率为4db以后,可以将伺服的速度控制增益调高到5000rad/s以上。
但是在这样的增益下，电机运行特性仍然很不好，电机在定位时出现反复震荡，不能快速定位，只能继续拉高速度控制增益，但是在增大速度控制增益的时候，由于电流饱和而使电机又出现了震动，在这样的情况下只能将共振低通滤波和外部干扰抵抗增益降低。这样就把速度控制增益提高到7000rad/s以上。伺服可以快速而准确的定位，不再反复震荡。
图3、图4两条曲线是ASD-A伺服调试软件抓取得实时曲线，在这样的运行情况，伺服的运行并不平稳，伺服的运行情况是，在加速时电机会出现高速加速，伺服以1600rpm速度运行，在运行到中间时伺服会出现一个明显加速过程，伺服的运行速度在1000rpm左右，这样的运行情况是无法满足客户的要求的！
通过观察两条曲线（图3控制器速度命令曲线1和图4电机运行速度曲线1）可以发现，伺服电机几乎是完全按照上位机速度运行命令在运动的，可是，为什么会出现这种加减速过程呢？
通过与项目组工程师沟通和共同研究，发现由于负载惯量过大，造成伺服速度响应不够快，使得速度误差过大，所以伺服在不断的针对速度误差进行积分整定，而该机械手控制器在作位置控制的时候接受伺服编码器信号作积分整定的积分环节时，控制器在采集到伺服编码型号以后对位置误差的积分整定非常缓慢从而造成命令处理速度过慢，而使速度命令出现波动也同时使伺服电机运行不平稳滑顺！
针对这种现象将伺服的速度积分补偿调至0,使伺服驱动器对于速度误差不进行积分整定，而使得电机运行平稳，同时由于上位机作位置控制，使得伺服电机定位并没有明显的影响。

4 结束语
台达ASD-A伺服驱动器运行效果在极限测试时可以完全超过原伺服系统的运行效果，最高速度可以达到2800rpm，定位的整定时间在80ms以内。整个1800mm行程内从启动加速到中间平稳运行到快速定位，整个过程及机头保持高速而又运动平稳，伺服电机运行稳定滑顺。

VEC轮切伺服在纸袋生产机械上的应用综述
一， 行业概述及工艺要求：
纸质包装袋具有成本低、成型方便、多样、印刷精美、绿色环保等特点，一直在水泥、粮食加工、服装、鞋帽等行业有着广泛的应用，随着国家限塑令的出台，纸袋在食品包装行业取代塑料袋已成必然，这又给纸袋提供了广阔的市场空间，催生了大批的纸袋生产企业。在无锡本地以南江、天天友谊、金谷、永诚等为代表的纸袋机生产企业也迎来了第二个春天。 深圳威科达科技有限公司华东办事处通过和上述部分企业合作，使VEC-VBR轮切专用伺服驱动器得以广泛应用。
纸袋的生产工艺决定了机械必须具有连续性、高速性及高精度，在先印刷后裁切等纸袋机上还要求具有自动追色标裁切功能。一般生产要求主送料速度为100米/分钟，裁切误差不超过1毫米。能够自动追随主送料速度按设定的裁切长度计算并精确裁切。这就给电气控制提出了更高的要求。
VEC-VBR伺服驱动器具有的运动控制器与伺服驱动器结合为一体；可控制无刷伺服或感应伺服；内含32位微处理器及125us动态高速计算回路；可接收400Kpps的高速测长脉冲信号；可追认印刷点自动修正裁切长度等特点完全满足了生产工艺的要求。
二， 控制理念及系统构成：
根据工艺要求我们设计采用了在主送料轮上加装编码器并反馈给伺服驱动器，用以实时监测送料速度并计算；用人机界面和伺服直接通讯来做生产订单的管理及实际工况的监测；在距轮刀180°位置装光电传感器用以给伺服裁切完成信号；在裁切物料垂直位置装检测装置用以检测色标点并反馈至伺服驱动器。
基本系统构架如下图：


以上构架图为通用构架，纸袋机大部采用单刀对胶辊裁切，且轮刀多为锯齿刀，特殊要求还有加热刀。这里不做赘述。
三， 系统接驳及参数设置：


1，数字输入端口参数设置：
端口名称 参数号 功能号 功能说明
DI1 F141 100 矢能并运转
DI2 F142 189 色标点输入 只能输入此端口
DI3 F143 203 裁切点信号输入 只能输入此端口
DI4 F144 154 激活窗口识别功能
DI5 F145 155 允许仿真进料
2，进料、主速度、编码器、轮台等特殊参数设定：
参数号 功能号 功能说明
F130 0 输入4倍率脉冲
F480 1 选择位置控制模式
F481 1 选择追踪控制模式
F499 9 自动轮切功能
F550 120 最高线速度
F527/F526 实际计算设定 送料轮每转一米对应的脉冲数
F533/F532 实际计算设定 轮刀周长
F531/F530 实际计算设定 切轮每转脉冲数
F553/552 实际计算设定 印刷点至裁切点距离
F535/534 实际设定 实际裁切的长度
参数设置说明：
2.1，送料轮每转一米对应脉冲数计算：
先算出送料轮周长=直径D×3.14 再算出送料轮每走一米的转数=1/C(C为送料轮周长，单位为米)；送料轮每米脉冲数=1/C* PPR*4（PPR为编码器每转脉冲数）
例如：送料轮直径19cm 送料检测编码器2500线 则送料轮每转脉冲数=1÷（0.19×3.14）×10000≈16762 高位F527=1 低位F526=6762
2.2，切轮每转脉冲数计算：
切轮电机编码器4倍频后×减速比。例如：2500线编码器 1：4减速比 则此参数为40000
2.3，以上参数设定后需复位有效。
2.4关于VEC-VBR自学习等基本参数请参照《VEC-VB伺服驱动器使用手册》这里只介绍与轮切相关参数设定。
四，精确调试及调试要点：
参数设置完毕后应再次确认，当确认输入参数正确无误且无系统安全顾虑后开始调试。
在F480、F481=0的情况下以速度模式运行伺服电机，确认电机转向是否与轮刀转向一致，如相反不可改变输入脉冲的方向使之调向，一定要通过改变伺服电机编码器U、V、W方向来实现，否则自动追标功能将不可用。具体方法如下：
U+ →U-对调 V+ →W-对调 W+→ V-对调并将伺服驱动器输出主线V、W对调。
1， 将F039设为1.1，激活伺服系统，手动电机轴确认此时处于定位状态，如有不正常激磁涡流声，应适度调整电流回路的比例增益F470及积分增益F471.如果机械有不正常抖动或异声，调整速度回路的比例增益F476（一般设为200）、速度回路的比例增益F473及积分增益。在此系统中F473的值应在2000左右，以保证速度环的快速响应。
2， 激活模拟进料功能，将模拟进料电位器接至AI3、5V AGND上，将F040设为25.xx
3， 慢慢旋转电位器对系统模拟进料速度，此时系统开始与模拟送料速度同步运转直至切下第一刀后，才开始正常运行。将剪切长度设为两倍的轮刀周长，这时切刀一定是在朝上180°位置有一个停顿，调整电位器至最高转速，观察轮刀停顿时是否平稳无抖动。
4， 连续运转系统，观察轮切电机编码器每转脉冲数F468的值是否有变化，如有，说明说明编码器受到干扰，找出干扰源并解决之。
5， 上纸实际裁切10次，对比剪切长度是否准确，如果长度一致但±于设定长度，计算后并增减F527/526的值。例如：设定裁切800mm，实际裁切805mm。F531/530的值为16762，
16762÷805=20 用实际裁切误差5mm×20=100 16762－100=16662 将此数输入F531/530即可校准。
6， 取消模拟送料，实际裁切并观察实测送料编码器F139的值，如有大范围波动说明送料脉冲受到干扰，找出干扰源并解决之。
7， 利用伺服提供的实际裁切监视参数F713/F712观察实际裁切长度；观测F889的值监视实际裁切误差。
调试要点：
1， 确保伺服驱动器和伺服电机的PG相连并可靠、独立接入大地。
2， 确保裁切点信号传感器、送料速度检测编码器、印刷点检测传感器质量稳定，抗干扰能力好，否则影响裁切精度，甚至系统无法正常工作。
3， 正确设定印刷点至裁切点距离F553/552、同步区角度F528、主测速编码器脉波取样时间F138的值以利提高精度。
4， 如高速裁切时出现过压应启动F033=2并加装制动电阻或加装能耗回馈装置。
五， 应用结果及客户反馈：
经过与多家纸袋机生产企业的合作案例分析得出结论，VEC-VBR轮切伺服在纸袋机上完全可以成功应用并做到实际裁切速度120m/分钟，裁切精度±0.5mm以内。VEC-VBR伺服以其特有的经济适用、调试简单方便等特点，满足了客户的工艺要求，在同一系统中同比进口产品为客户节约了30%的成本且剪切速度、裁切精度相同。受到客户的一致好评并建立了长期稳定的合作关系。创造了良好的社会和经济效益。

DSP在异步电机数字化变频调速系统中的应用
随着电力电子技术的提高，以高性能微处理器为核心的数字化变频调速系统，以其调速范围宽、效率高、动态性能好等特点，越来越广泛地应用在交流调速领域[1]。数字信号处理器（DSP）作为高速专用的微处理器，运算功能强大，数据传输速度快，在数字控制领域应用广泛。其中，美国TI公司的高性能16位DSP –TMS320LF2407，是专门为电机控制设计的，它内部自带了PWM输出单元，易于编程实现三相空间互差120o的SPWM波形，特别适合三相电机的高性能控制[2]。它处理速度很快，并且片内集成了丰富的外设，极大地减少了系统设计的元器件数量，提高了系统的控制精度。
1、 系统总体设计
　　基于DSP的数字控制变频调速系统的原理框图如图1所示。




　　主回路由三相整流电路、大电容滤波电路和PWM逆变电路构成，PWM逆变电路使用了全控开关器件IGBT，即绝缘栅型双极晶体管。它集合了MOSFET和GTR的优点，输入阻抗高、速度快、热稳定性好，而且耐压高、容量大，驱动电路简单，很适合在电机拖动场合的逆变器电路上应用。
　　控制电路由DSP芯片、驱动电路和键盘显示等外围电路构成。DSP芯片处理由键盘输入的控制信号，一方面输出到显示部分显示电机的运行信息，另一方面输出SPWM信号到驱动电路，从而控制逆变电路中的6个IGBT的通断，达到控制电机转速的目的。此外，DSP芯片还控制限流电阻R的切除。为避免大滤波电容在合上电源开关通电瞬间产生过大的充电电流，设计中在整流器和滤波电容间的直流回路上串联了限流电阻R，刚通电时，R接入电路，经过一定时间，DSP芯片控制开关S将R短路，以免变频器正常工作时产生附加损耗。
　　检测电路由电流检测和电压检测组成。电流和电压均采用霍尔元件检测，以满足精度的要求。电流检测有两部分，一个是对定子电流检测，另一个是对主电路电流检测，当检测到主电路电流过流时，就会立即给DSP发送信号，封锁SPWM波形的输出。对这两类信号检测，送入DSP芯片进行处理，可以实现电机的过流和过压保护，提高电机运行性能。
2、 硬件设计
　　设计中硬件主要是以DSP为核心，除了利用了TMS320LF2407本身的一些功能模块外，还在此基础上进行了扩展，最终实现SPWM信号的产生、模拟量的采集、数据的输入输出等功能，构成了完整的调速系统。
　　TMS320LF2407的指令执行速度为30MIPS（指令周期只有33ns），它不仅片内有丰富的存储器资源，而且还有可扩展的多达192K字空间的外部存储器。它有两个事件管理器模块（EVA和EVB），可以用来控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电机、步进电机、多级电机和逆变器。 它的片内集成了丰富的外设，极大地减少了系统设计的元器件数量。从系统的结构图中可以看到，设计中主要使用了它的A/D转换模块、EVB模块、IO口和JTAG接口。
　　2407的带内置采样/保持的10位A/D转换器，其最小转换时间为500ns，可以选择由两个事件管理器来触发两个8通道输入A/D转换器或一个16通道输入的A/D转换器。设计中由于只对电压、电流进行了采样，所以只用到了2个采样通道，分别为ADCIN0和ADCIN1。
　　两个事件管理器模块EVA、EVB，每个都包括两个l 6位通用定时器和8个16位的脉宽调制（PWM）通道。利用它们可以产生PWM的对称和非对称波形；在当外部引脚/PDPINTx出现低电平时能快速关闭PWM通道；并可使用可编程的PWM死区控制来防止上、下桥臂同时输出触发脉冲。 设计中用到了EVB模块的PWM7～PWM12管脚，输出6路对称的SPWM信号，通过驱动电路控制IGBT的通断。使用引脚/PDPINTB来检测外部故障信号，以便在故障发生时能快速关闭PWM通道。
　　2407的数字输入输出模块有高达40个可单独编程或复用的通用输入输出引脚。这些引脚的功能可通过两种控制寄存器来设置：I/O口复用控制寄存器（MCRx）和数据和方向控制寄存器（PxDATDIR）。设计中用到了IOPB0～IOPB5作为键盘的输入，控制电机频率的增、减和电机的正反转。每按频率增加键一次，频率增加1；按频率减小键，频率减小1，增减的幅度是由内部编程设定的。另外还使用了IOPC1～IOPC3管脚与LCD液晶显示模块12232F进行数据传输，用来显示转速信息及瞬时频率。12232F内置了汉字库和ASCII字符集，可完成图形显示，也可显示16＊16点阵的汉字。与外部CPU接口可采用并行或串行方式控制，本系统中为减少数据口的使用，同时与DSP更好地接口，采用了串行控制的方式。
　　JTAG接口可以克服TMS320LF2407结构复杂、工作速度快、外部引脚多、封装面积小、引脚排列密集等因素造成的不便，能够极其方便地提供硬件系统的在线仿真和测试。
　　简而言之，硬件部分采用了测试集成的设计思想，以DSP为基础，设计输入输出电路实现参数的设置和显示，配置相应的传感器模块对电机的电压、电流参数进行测量，实现了对电机运动状态的控制和观测。
3、 软件设计
　　DSP程序的编写可以用汇编语言，也可以使用C语言。一般来说，采用C语言设计的开发周期短，效率较高，并且移植性好，利于实现模块化、组态化的设计目标，所以设计中的程序也是用C语言编写的[3]。主程序流程图如图2所示：




　　软件设计的一个关键部分是控制电路中6路SPWM信号的产生。要使用TMS320LF2407自身的PWM输出口，编程实现三相空间互差120o的SPWM波形的输出，可利用事件管理器模块B中的通用定时器3及与之相关的比较单元来完成。每个通用定时器都有3个与之相关的比较器，每个比较单元都可设置为PWM模式，且它对应会有两个极性相反的PWM输出。所以，用3个比较单元可以实现6路的PWM信号，满足系统设计的需求。
　　程序设计方面，采用了在线计算占空比、用三角波作为载波的规则采样法，得到一系列幅值相等但宽度不等的矩形波。



　
　　利用上述公式计算出占空比，然后与周期寄存器T3PR中的值相乘，再送往对应的比较寄存器CMPR4～CMPR6，就会在对应的管脚输出对称的SPW波。
　　调制方法分同步调制法和异步调制法[4]。但异步法的输出波形对称性差，脉冲相位和个数不固定；同步法在调制波的频率很低时，由调制带来的谐波不易滤除，当调制波频率很高时，开关元件又难以承受。所以，设计中采用了分段同步调制的方法来解决这一问题。具体实现为：把调制波频率分为几个频段，在各个频段内保持载波比N恒定，不同频段的载波比N不同。选取原则为：输出频率高的频段用低载波比，输出频率低的频段用高载波比。同时，为了得到严格对称的双极性SPWM波形，载波比应选3的整数倍且为奇数。设计中将频段分为3段，小于15Hz为一段，载波比选153；15Hz～35Hz为一段，载波比选93；35Hz以上为一段，载波比选21。分段同步的方法虽然比较复杂，但控制的精度比较高，输出波形的效果也比较好。
　　对于AD采样部分，只需设置定时器进行定时采样，然后将得到的值与设定的最大值进行比较，检测是否过流及过压；对于与液晶显示模块间的数据传输，因是串行，只需查表将对应的字符码按照12232F的传输协议进行数据传输即可。此部分程序相对较易实现。
　　实验测试出的SPWM波形如图3、图4所示：







　
4、 总结
　　该系统实现了异步电机的变压变频调速，输出了具有良好特性的SPWM波形。由实验结果可以看出，该系统的控制精度高、动态响应快，系统整体结构简单，稳定性好，易于广泛使用于交流调速系统中。