SLC的平面雙軸運動控制系統(tǒng)仿真
| 平面雙軸運動控制系統(tǒng)是生產中比較常見的控制系統(tǒng)，其要求通過兩臺電機（分別代表X軸和Y軸）經過一些機械傳動裝置，控制一個物體在平面上的運動。如何協(xié)調兩臺電機的運動是完成這個控制系統(tǒng)的關鍵。從實際上說，電機的選取以伺服電機最優(yōu)，步進電機次之，異步電機最次。這3種電機的控制器分別為伺服電機控制器，步進電機控制器和變頻器。雖然電機的選取對實際的系統(tǒng)控制精度有很大的影響，但對兩臺電機的控制原理是一致的。本文就是采用一臺SLC、兩臺PoxerFlex70變頻器和兩臺三相異步電機來對平面雙軸運動控制系統(tǒng)進行仿真。 硬件簡介 SLC 500系列可編程控制器是適合于廣泛應用的緊湊型可編程控制器。它功能強大， 配置靈活，穩(wěn)定可靠，無論是單機應用，還是分布式控制都適合。SLC500系列處理器內置不同通訊接口，提供多種控制器聯(lián)網方式供用選擇，以構成不同要求的工業(yè)監(jiān)控網絡。其中SLC 505系列的******特點是內置以太網接口，支持以太網通訊，可以直達控制網絡的信息層。 1746-NIO 41是應用于SLC 500系列可編程控制器的電流型模擬輸入輸出模塊。它提供2通道模擬輸入和2通道模擬輸出。其輸入分辨率是16位，輸出分辨率是14位。模擬輸入范圍是0～20mA。模擬輸入轉換時間是60ms。 PowerFlex70是A-B公司新變頻器家族的一員，采用新一代體積更小、導通損耗更低的IGBT功率元器件，大大減小了變頻器的尺寸。覆蓋功率范圍0.37kW~15kW,緊湊封裝功率和控制部件及操作界面，滿足OEM和最終用戶對空間、簡便性、可靠性的要求?？梢赃x擇作V/f控制或無傳感器矢量控制，功能豐富，滿足大多數應用的需求。標準內置制動單元,滿足一般應用制動要求，更高的制動功率只需另加電阻。多種內置通訊卡的選擇使得該變頻器可以滿足大多數網絡通訊要求，標準內置數字I/O和模擬I/O滿足多數應用控制的要求。在A-B傳統(tǒng)傳動產品集成的SCANport基礎上開發(fā)出更高通訊和處理速度的通訊接口DPI，使得包括 PowerFlex70在內的 PowerFlex變頻器家族能夠分享同樣的通訊和控制接口及附件，同時也與SCANport的產品兼容。 控制系統(tǒng) 如圖1所示，PC機監(jiān)控SLC5/05，PC機給出目標地點，通過1746-NIO 41的D/A控制PowerFlex70的頻率，同時PowerFlex70的運行狀態(tài)經過A /D反饋到SLC5/05中，以便SLC能準確的控制PowerFlex70。 控制規(guī)律 簡單的控制可以是先X軸走到目的點，后Y軸走到目的點。這樣運行所需的時間是X軸所用時間與Y軸所用時間之和。很顯然，這樣花的時間是最多。為了使費時最少，必須是X軸和Y軸同時運動，距離最遠的軸（下稱遠軸）以最高速度運動，距離最近的軸（下稱近軸）協(xié)調遠軸確定自身的運動速度，使雙軸能在目的點同時停下。如圖2所示，可以看到理想的雙軸運行曲線是兩條馬鞍型曲線。其中最高頻率是50Hz的是遠軸，最高頻率是Vs的是近軸。很顯然，系統(tǒng)運動所需時間是由遠軸運動所需時間決定。  圖2：控制規(guī)律圖。 為了方便研究，本文對系統(tǒng)作了以下假設。 ?。?） PowerFlex70的最高輸出頻率是50Hz。 ?。?） PowerFlex70的輸出頻率與對應軸的運動速度是一一對應的。也就是說，50Hz對應50個軸運動單位，11Hz對應11個軸運動單位。軸運動單位由設計者自定義。本文對PowerFlex70頻率與對應軸的速度等效處理。 ?。?） 無論目的點的距離有多近，肯定有一個軸能達到最高速度，哪怕只是剛到達最高速度就開始下降。 控制雙軸的基本思想是由PC給定目的點的距離，SLC計算出遠軸從啟動到開始下降所需的時間（即t3）和近軸的最高速度Vs，把計算結果存入相應的SLC內部文件中，然后同時啟動兩臺PowerFlex70。當時間t3到了，遠軸的PowerFlex70斷電，遠軸速度下降，相應的PowerFlex70頻率下降。當PowerFlex70頻率下降到了與近軸的PowerFlex70頻率相等時，近軸的PowerFlex70被斷電，于是兩臺PowerFlex70依靠自身的控制最終可以同時停下來。 從圖2可以直觀的得出以下式子。 遠軸上升時間t1u=t2；遠軸穩(wěn)定時間t1s=t3-t2；遠軸下降時間t1d=t5-t3； 近軸上升時間t2u=t1；近軸穩(wěn)定時間t2s=t4-t1；近軸下降時間t2d=t5-t4； 遠軸上升時間t1u和遠軸下降時間t1d是在PowerFlex70中設定的，其分別表示PowerFlex70從0Hz到50Hz和從50Hz到0Hz所需要的時間。因此，兩臺PowerFlex70的上升時間和下降時間必須是相同，即t1u＝t1d；t2u＝t2d。設S1和S2分別表示X軸和Y軸要在平面上運動的距離?，F在要根據已知來求Vs和t1s。 從微積分的概念可以得出：  由t1u＝t1d，可推出  ……………① |
