運動控制技術(shù)及工程實踐

前言

運動控制作為自動化技術(shù)的一個重要分支，在20世紀(jì)末進(jìn)入了快速發(fā)展階段。在現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)中，運動控制技術(shù)代表著最廣泛的用途，并承擔(dān)著最復(fù)雜的任務(wù)。雖然運動控制作為一個獨立產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史并不悠久，但隨著制造業(yè)對產(chǎn)品加工速度和精度要求的不斷提高，運動控制產(chǎn)品的市場需求增長很快，運動控制技術(shù)也隨之得到了極為迅速的發(fā)展，產(chǎn)品種類和應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，尤其是電子信息等高科技技術(shù)的發(fā)展，為運動控制提供了更大的發(fā)展空間和更加廣闊的市場。本書結(jié)構(gòu)和內(nèi)容本書以運動控制技術(shù)有關(guān)理論為基礎(chǔ)，基于運動控制卡設(shè)計硬件結(jié)構(gòu)，分析運動控制核心算法，開發(fā)運動控制軟件，對多種工業(yè)設(shè)備實現(xiàn)高速高精度運動控制。全書共分三篇。第1篇為技術(shù)基礎(chǔ)篇，包括第1～2章，介紹運動控制技術(shù)的相關(guān)基礎(chǔ)知識。第1章介紹運動控制技術(shù)的歷史、特點、應(yīng)用范圍和發(fā)展趨勢。第2章概括介紹與運動控制技術(shù)相關(guān)的機(jī)械、電氣、控制和計算機(jī)等方面的基礎(chǔ)知識。如果對本部分內(nèi)容比較熟悉，可直接略過；如果在后面的學(xué)習(xí)中需要查閱相關(guān)知識，可直接找到相應(yīng)章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行查閱。第2篇為技術(shù)開發(fā)篇，包括第3～5章，介紹運動控制系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)。第3章介紹運動控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，以“工控PC機(jī)+運動控制卡”為硬件基礎(chǔ)，介紹運動控制卡、電氣伺服系統(tǒng)、位置檢測系統(tǒng)等硬件器件。第4章介紹運動控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)，包括DOS、Windows、Linux三種常用軟件開發(fā)平臺、運動控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)等。第5章介紹運動控制算法，包括運動控制原理、位置控制、速度控制及加速度控制算法，分析線性插補、二維圓弧插補、直線加減速、S曲線加減速、指數(shù)加減速和速度前瞻控制方法。第3篇為實踐應(yīng)用篇，包括第6～9章，介紹具體開發(fā)實例，做到理論與實踐緊密結(jié)合。第6～9章介紹了四個典型的運動控制實例，包括PMAC卡控制的并聯(lián)機(jī)床、TRl0卡控制的切割機(jī)、GALIL卡控制的工業(yè)機(jī)器人和固高卡控制的雕刻機(jī)，對運動控制技術(shù)進(jìn)行深入闡述，以引導(dǎo)讀者開發(fā)自己的運動控制系統(tǒng)。本書特色本書充分體現(xiàn)“理論夠用，實用為主”的特點，為從事運動控制領(lǐng)域研究和開發(fā)的工程技術(shù)人員提供一個參考，具有很強的工程實踐指導(dǎo)性。科研人員通過本書的學(xué)習(xí)，可以提高開發(fā)能力，能夠快速高效地開發(fā)出實用可靠的運動控制系統(tǒng)；在校師生可以學(xué)習(xí)本書豐富的實例文件和源代碼，只要稍加修改移植，便可應(yīng)用于自己的教學(xué)和課題研究中，達(dá)到事半功倍的效果。

內(nèi)容概要

運動控制技術(shù)，由于可對運動軌跡進(jìn)行高速度和高精度控制，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。    本書內(nèi)容主要包括運動控制技術(shù)的發(fā)展及特點，運動控制技術(shù)在機(jī)械、電氣、控制、計算機(jī)等方面的基礎(chǔ)知識，運動控制系統(tǒng)軟硬件開發(fā)技術(shù)及運動控制算法，運動控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用實例，包括并聯(lián)機(jī)床、切割機(jī)、工業(yè)機(jī)器人和雕刻機(jī)的運動控制設(shè)計方法。作者采用深人淺出的語言，力圖通過實用、詳細(xì)、典型的運動控制實例來使讀者真正掌握運動控制技術(shù)。    本書是一本實用性較強的書，可供從事運動控制技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域研究的工程技術(shù)人員自學(xué)或作為培訓(xùn)教材使用，也可作為大專院校自動化、機(jī)電一體化、機(jī)械制造及其他相關(guān)專業(yè)高年級本科生或研究生的教材或參考書。

書籍目錄

前言第1篇 技術(shù)基礎(chǔ)篇  第1章 概述    1.1 運動控制技術(shù)概況    1.2 運動控制技術(shù)發(fā)展    1.3 運動控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)    1.4 運動控制技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域    1.5 本章小結(jié)  第2章 運動控制技術(shù)基礎(chǔ)    2.1 機(jī)械基礎(chǔ)    2.2 電氣基礎(chǔ)    2.3 控制基礎(chǔ)    2.4 計算機(jī)基礎(chǔ)    2.5 本章小結(jié)第2篇 技術(shù)開發(fā)篇  第3章 運動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計    3.1 控制系統(tǒng)硬件總體方案    3.2 運動控制卡    3.3 電氣伺服系統(tǒng)    3.4 位置檢測系統(tǒng)    3.5 本章小結(jié)  第4章 運動控制系統(tǒng)軟件開發(fā)    4.1 運動控制軟件簡介    4.2 軟件平臺    4.3 軟件結(jié)構(gòu)與信息流    4.4 本章小結(jié)  第5章 運動控制算法分析    5.1 運動控制原理    5.2 軌跡插補算法    5.3 速度控制算法    5.4 本章小結(jié)第3篇 實踐應(yīng)用篇  第6章 實例1：并聯(lián)機(jī)床運動控制（美國PMAC卡）    6.1 方案設(shè)計    6.2 硬件組成    6.3 軟件開發(fā)    6.4 系統(tǒng)調(diào)試    6.5 本章小結(jié)  第7章 實例2：切割機(jī)運動控制（英國TRIO卡）    7.1 方案設(shè)計    7.2 硬件組成    7.3 軟件開發(fā)    7.4 系統(tǒng)調(diào)試    7.5 本章小結(jié)  第8章 實例3：SCARA機(jī)器人運動控制（美國GALIL卡）    8.1 方案設(shè)計    8.2 硬件組成    8.3 軟件開發(fā)    8.4 系統(tǒng)調(diào)試    8.5 本章小結(jié)  第9章 實例4：雕刻機(jī)運動控制（中國固高卡）    9.1 方案設(shè)計    9.2 硬件組成    9.3 軟件開發(fā)    9.4 系統(tǒng)調(diào)試    9.5 本章小結(jié)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.電磁繼電器電磁式繼電器具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，體積小、動作迅速可靠的特點，廣泛應(yīng)用于低壓控制電路中，其結(jié)構(gòu)和工作原理與接觸器基本相同。電磁式繼電器一般由鐵心、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉方吸向鐵心，從而帶動銜鐵動作，使常開觸點吸合，使常閉觸點斷開；反之，當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，從而使常開觸點斷開，常閉觸點閉合，從而達(dá)到了在電路中導(dǎo)通、切斷的目的。與接觸器不同的是繼電器的觸點沒有主、輔之分，并且觸點容量小，沒有滅弧裝置。盡管繼電器種類繁多，但它們都有一個共同的特性，即繼電特性，其特性曲線如圖2-18所示。當(dāng)繼電器輸入量z由零增加至x1前，繼電器輸出量為零。當(dāng)輸入量增加到x2時，繼電器吸合，通過其觸點的輸出量突變?yōu)閥1，若z再增加，y值不變。當(dāng)z減小時到x1時，繼電器釋放，輸出由y1突降為零，z再減小，y值仍為零。在圖2-18中，x2稱為繼電器的吸合值，欲使繼電器動作，輸入量必須大于此值；x1稱為繼電器的釋放值，欲使繼電器釋放，輸入量必須小于此值；稱為繼電器的返回系數(shù)，它是繼電器的重要參數(shù)之一。不同場合要求不同的K值，K值可根據(jù)不同的使用場合進(jìn)行調(diào)整。

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