一種plc運(yùn)動(dòng)控制模塊功能驗(yàn)證設(shè)備與驗(yàn)證方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種PLC運(yùn)動(dòng)控制模塊功能驗(yàn)證設(shè)備與驗(yàn)證方法。
【背景技術(shù)】
[0002]PLC控制運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，可實(shí)現(xiàn)精確的定位控制，并且成本較低，硬件維護(hù)方便，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。PLC運(yùn)動(dòng)控制指令分單軸、多軸和軸組指令。單軸指令主要由絕對(duì)定位指令和相對(duì)定位等指令組成;多軸指令主要由電子齒輪、電子凸輪兩組指令組成；軸組指令提供空間直線、圓弧以及NURBS樣條插補(bǔ)功能，通過(guò)型值點(diǎn)確定軌跡方程，在滿足誤差精度要求的情況下將軌跡方程轉(zhuǎn)化為插補(bǔ)點(diǎn)執(zhí)行。而在工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，除上述指令外，通常還需要開(kāi)發(fā)新的各類運(yùn)動(dòng)控制功能指令，以保證滿足實(shí)際應(yīng)用需求。尤其在PLC運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行多軸、軸組同步控制應(yīng)用中，需要復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃，運(yùn)動(dòng)控制指令及其參數(shù)設(shè)置對(duì)實(shí)際控制效果影響較大，需要軟件修改運(yùn)動(dòng)控制指令，無(wú)法通過(guò)搭建模擬開(kāi)發(fā)平臺(tái)模擬程序的方式完成調(diào)試，而進(jìn)行實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)功能驗(yàn)證會(huì)增加項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期。
[0003]因此，在項(xiàng)目初期的開(kāi)發(fā)調(diào)試過(guò)程中，需要一種可在多種行業(yè)應(yīng)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊功能驗(yàn)證設(shè)備，本實(shí)施例中的功能驗(yàn)證設(shè)備采用耦合型并聯(lián)機(jī)構(gòu)與控制器a2和控制器b3的雙PLC運(yùn)動(dòng)控制器搭建的系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行前期功能驗(yàn)證，以降低工業(yè)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的成本，保證產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)質(zhì)量和周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)PLC運(yùn)動(dòng)控制功能模塊指令及控制程序開(kāi)發(fā)和調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的不足，本發(fā)明提供一種通用的集建模、優(yōu)化、仿真及實(shí)驗(yàn)于一體的PLC運(yùn)動(dòng)控制模塊功能驗(yàn)證方法，可從單軸、多軸、軸組等方面對(duì)PLC運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制的性能進(jìn)行高效驗(yàn)證，具有良好的靈活性和擴(kuò)展性。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種PLC運(yùn)動(dòng)控制模塊功能驗(yàn)證設(shè)備，包括PLC運(yùn)動(dòng)控制器系統(tǒng)、耦合型并聯(lián)平臺(tái)以及上位機(jī)。
[0007]所述的耦合型并聯(lián)平臺(tái)為三條并聯(lián)支鏈和一個(gè)旋轉(zhuǎn)伸縮軸組成的耦合型并聯(lián)機(jī)構(gòu)，在控制信號(hào)的激勵(lì)下，耦合型并聯(lián)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)方向的耦合平移運(yùn)動(dòng)和一個(gè)垂直方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從單軸、多軸、軸組等多個(gè)方面對(duì)PLC運(yùn)動(dòng)控制規(guī)劃的性能進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)軸組拆分、組合和變換功能驗(yàn)證;所述的耦合型并聯(lián)平臺(tái)具有三到六個(gè)自由度構(gòu)成的多種形式的耦合型并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0008]所述的PLC運(yùn)動(dòng)控制器系統(tǒng)包括控制器a2、控制器b3和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);所述的控制器a2接受上位機(jī)發(fā)送的軌跡參數(shù)和目標(biāo)位置信息，并向伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送高速脈沖序列信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)耦合型并聯(lián)平臺(tái)進(jìn)行功能驗(yàn)證;所述的控制器b3與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通信采集伺服系統(tǒng)反饋的脈沖數(shù)和角速度值，采集的數(shù)據(jù)由上位機(jī)進(jìn)行讀取，上位機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理;所述的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)以及其它附屬傳感器系統(tǒng)和邏輯電路等。
[0009]所述的PLC運(yùn)動(dòng)控制器a2通過(guò)發(fā)送高速脈沖的方式對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)行精確控制。PLC運(yùn)動(dòng)控制器系統(tǒng)基于PLCOpen標(biāo)準(zhǔn)的功能塊指令對(duì)耦合型并聯(lián)平臺(tái)進(jìn)行速度控制、位置控制，實(shí)現(xiàn)耦合型并聯(lián)平臺(tái)的功能驗(yàn)證;PLC運(yùn)動(dòng)控制器系統(tǒng)使用FPGA進(jìn)行高速計(jì)數(shù)、脈沖輸出和軸組管理，實(shí)現(xiàn)耦合型并聯(lián)平臺(tái)的精確定位和多軸同步。
[0010]所述的上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)6與控制器a2通信;通過(guò)RS485串口與控制器b3通信。
[0011]一種采用上述設(shè)備進(jìn)行PLC運(yùn)動(dòng)控制模塊功能驗(yàn)證方法，包括以下步驟:
[0012]1)建立耦合型并聯(lián)平臺(tái)II的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)軌跡模型，由運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)約束得到約束條件數(shù)學(xué)模型;根據(jù)約束條件數(shù)學(xué)模型與運(yùn)動(dòng)軌跡模型建立軌跡規(guī)劃模型，利用MATLAB優(yōu)化求解軌跡規(guī)劃模型，獲得電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲線。所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲線包括驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)速度、加速度及轉(zhuǎn)矩曲線。
[0013]2)搭建耦合型并聯(lián)平臺(tái)II的ADAMS仿真模型，ADAMS仿真模型采用插補(bǔ)軌跡規(guī)劃方法對(duì)MATLAB優(yōu)化求解的軌跡規(guī)劃模型進(jìn)行仿真分析，得到仿真結(jié)果;仿真結(jié)果驗(yàn)證軌跡規(guī)劃模型對(duì)耦合型并聯(lián)平臺(tái)末端控制路徑偏移以及驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)曲線動(dòng)態(tài)性能的影響。所述的仿真結(jié)果為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的角速度、角加速度和轉(zhuǎn)矩曲線。
[0014]3)基于PLC運(yùn)動(dòng)控制模塊功能驗(yàn)證設(shè)備進(jìn)行插補(bǔ)軌跡試驗(yàn)，控制器b3與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通信采集伺服系統(tǒng)反饋的脈沖數(shù)和角速度值，處理后，電機(jī)速度及轉(zhuǎn)矩曲線由上位機(jī)讀取得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，上位機(jī)對(duì)當(dāng)前電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)定。
[0015]4)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比得到單軸、多軸、軸組功能驗(yàn)證結(jié)果。
[0016]上述的技術(shù)方案中，提供一種通用的集建模、優(yōu)化、仿真及實(shí)驗(yàn)于一體的PLC運(yùn)動(dòng)控制模塊功能驗(yàn)證設(shè)備與方法。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:基于耦合型并聯(lián)機(jī)構(gòu)與控制器a2和控制器b3的雙PLC運(yùn)動(dòng)控制器搭建的系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)控制相互獨(dú)立，從單軸、多軸、軸組等方面對(duì)PLC運(yùn)動(dòng)控制規(guī)劃的性能進(jìn)行高效驗(yàn)證，可在多種應(yīng)用場(chǎng)合中驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)控制指令及其參數(shù)設(shè)置對(duì)實(shí)際控制效果影響，具有較好的靈活性和擴(kuò)展性。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為PLC運(yùn)動(dòng)控制模塊功能驗(yàn)證設(shè)備系統(tǒng)組成框圖；
[0019]圖2為PLC運(yùn)動(dòng)控制模塊功能驗(yàn)證方法的流程圖；
[0020]圖3(a)原有門(mén)字型軌跡;圖3(b)所提軌跡；
[0021]圖4(a)所提軌跡下Matlab仿真驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)速度曲線；?0022]圖4(b)所提軌跡下Matlab仿真加速度曲線；
[0023]圖4(c)所提軌跡下Matlab仿真轉(zhuǎn)矩曲線；
[0024]圖5為耦合型并聯(lián)平臺(tái)ADAMS仿真模型；
[0025]圖6(a)ADAMS仿真單一驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的角速度曲線；
[0026]圖6(b)ADAMS仿真單一驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的角加速度曲線；
[0027]圖6(c)ADAMS仿真單一驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)矩曲線
[0028]圖7(a)實(shí)驗(yàn)采集的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角位移曲線；
[0029]圖7(b)實(shí)驗(yàn)采集的單一驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)角速度及轉(zhuǎn)矩曲線；
[0030]圖中:IPLC運(yùn)動(dòng)控制器系統(tǒng)；II耦合型并聯(lián)平臺(tái)；III上位機(jī)；1伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);a2控制器;b3控制器;4支鏈;5旋轉(zhuǎn)伸縮軸;6以太網(wǎng)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述:
[0032]如附圖1所示，一種PLC運(yùn)動(dòng)控制模塊功能驗(yàn)證設(shè)備，包括PLC運(yùn)動(dòng)控制器系統(tǒng)1、耦合型并聯(lián)平臺(tái)II以及上位機(jī)III，其中:
[0033]上位機(jī)III通過(guò)以太網(wǎng)6與控制器a2通信，上位機(jī)III通過(guò)RS485串口與控制器b3通信。PLC運(yùn)動(dòng)控制器系統(tǒng)I包括用于接受上位機(jī)III發(fā)送的軌跡參數(shù)和目標(biāo)位置并向伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1發(fā)送脈沖序列信號(hào)的控制器a2、用于和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1通信數(shù)據(jù)采集并可由上位機(jī)III進(jìn)行變量區(qū)數(shù)據(jù)讀取的控制器b3