专利名称：基于多轴运动控制卡的教学用多轴混合控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学用多坐标混合控制系统，尤其是一种包含交流伺服、直流伺服和步进伺服的教学用多轴混合控制系统，具体地说是一种基于多轴运动控制卡的教学用多轴混合控制系统。
背景技术：
基于运动控制板卡的多轴混合控制系统所涉及的技术包括运动控制技术、交流伺服驱动技术、直流伺服驱动技术、步进驱动技术、计算机辅助设计以及人机交互技术等多个领域。
运动控制(Motion Control)为了适应机械制造业的需求而正迅速发展，它是在电驱动技术研究的基础上，随着科学技术的发展而形成的一门综合性多学科的交叉技术，已发展有加工中心、柔性制造单元、机器人等。运动控制系统是以机械运动的驱动设备——电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子、功率变换装置为执行机构，在自动控制理论指导下组成的电气传动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。近几年来，运动控制中高性能的要求能够得以实现，不少研究成果已刊登在有关自动控制、机器人以及功率电子学等会议与杂志上，最有成效的贡献发表在1990年、1992年和1995年，由IEEE、IFAC分别在日本、意大利和德国等国召开的专题为“先进运动控制”、“智能自动化运动控制”和“运动控制”的国际会议的论文集上，逐步形成了一个新的国际研究热点。
在当今自动化技术中，运动控制代表着用途最广而又最复杂的任务。其原因就在于生产过程的速度在不断的提高，而且制造业对加工精度和实现敏捷制造提出了越来越高的要求。运动控制的共同点在于它们都需要至少一个轴的数字式定位控制。该轴相对于某一主轴(主轴定位)或相对于某个坐标系统(坐标系统定位)进行定位控制。运动控制系统能够保证在复杂条件下，将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动。运动控制系统能够使得被控机械运动实现精确的位置控制、速度控制、加速度控制、转矩控制或力的控制，以及这些被控机械量的综合控制。在运动控制中，存在着大量的机械系统的速度和位置控制，一个机械运动控制的系统结构一般由下列部件组成1)一些用来测量机械和电信号的传感器；2)用来使机构系统进行运动的执行机构；3)用来对机械系统实施控制策略的控制器。计算机控制系统的实施，使控制系统中的许多过去必须用硬件完成的功能均可由软件完成。从而相当复杂的控制结构和控制算法得以容易的实现。同时系统具有了许多新的功能，使整个系统更加智能化。目前高速高精度是运动控制研究领域的一个重要方向，其目的在于提高机械加工的生产率和改善加工质量。然而，高速高精度加工在实用中存在着扰动、非线性、模型和参数不确定性等问题。同时，运动控制系统中的控制器性能与加工效率、加工质量也有很大的关系。运动控制系统中提高精度的方案主要有基于多轴协调运动的控制方法和基于提高单轴运动精度的方法。
新一代运动控制系统，实现高速度、高精度、高效率和高可靠性是优先考虑的问题。高速度、高精度、高效率和高可靠性4个高性能指标是统一的整体。要实现高性能运动控制，高性能伺服控制器设计是基础和关键技术之一。
高性能运动控制器的作用在于接受来自数控装置的指令信号，驱动机床移动部件跟随指令脉冲运动，并保证动作的快速和准确，这就要求高质量的速度和位置伺服。伺服系统的基本要求有(1)稳定性稳定性是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后到达新的或者回复到原有的平衡状态。
(2)精度伺服系统的精度是指输出量能跟随输入量的精确程度。作为精密加工的数控机床，要求的定位精度或轮廓加工精度通常都比较高，允许的偏差一般都在0.01～0.001mm之间。
(3)响应性响应性是伺服系统动态品质的标志之一，即要求跟踪指令信号的响应要快，一方面要求过渡过程时间短，一般在100ms以内，甚至小于几十毫秒；另一方面，为了满足超调要求，要求过渡过程的前沿陡，即上升率要大。
伺服系统的主要特点有(1)精确的检测装置以组成速度和位置闭环控制；(2)有多种反馈比较原理与方法。根据检测装置实现信息反馈的原理不同，伺服系统反馈比较的方法也不相同。目前常用的有脉冲比较、相位比较和幅值比较三种。
(3)高性能的伺服电动机(简称伺服电机)用于高效和复杂型面加工的数控机床，伺服系统将经常处于频繁的启动和制动过程中。要求电机的输出力矩与转动惯量的比值大，以产生足够大的加速或制动力矩。要求伺服电机在低速时有足够大的输出力矩且运转平稳，以便在与机械运动部分联接中尽量减少中间环节。
(4)宽调速范围的速度调节系统，即速度伺服系统。从系统的控制结构看，数控机床的位置闭环系统可以看作是位置调节为外环、速度调节为内环的双闭环自动控制系统，其内部的实际工作过程是把位置控制输入转换成相应的速度给定信号后，再通过调速系统驱动伺服电机，实现实际位移。数控机床的主运动要求调速性能也比较高，因此要求伺服系统为高性能的宽调速系统。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种适合于教学使用的，有利于提高学生动手和编程能力，便于他们理解基于运动控制板卡的交、直流、步进混合控制的基于多轴运动控制卡的教学用多轴混合控制系统。
本实用新型的技术方案是一种基于多轴运动控制卡的教学用多轴混合控制系统，包括一具有两个水平方向驱动轴和一个分度盘的工作平台，其特征是两个水平方向的驱动轴分别连接有交流伺服电机和直流伺服电机，分度盘通过分度装置与步进电机相连，所述的交流伺服电机、直流伺服电机、步进电机分别与相应的交流伺服驱动器、直流伺服驱动器、步进细分驱动器相连，所述的交流伺服驱动器、直流伺服驱动器、步进细分驱动器均与多轴运动控制卡相连，多轴运动控制卡安装在计算机中。
所述的分度装置为蜗轮、蜗轮装置，蜗轮与分度盘相连，蜗杆与步进电机的输出轴相连，蜗轮、蜗杆相互啮合。
所述的计算机为工控机。
本实用新型的有益效果1、性能稳定、精度高、能够有效地消除误差，并且抗干扰能力强、结构紧凑、成本低。
2、解决了高校实验课的急需，有利于增强学生的感性认识，提高他们的实践动手能力，提高学习兴趣和目的性。
3、不仅适用于高等学校机电一体化，电子电器，电器自动化专业生产实习、课程设计的实验研究，可作为电机类本科生及研究生的开放性试验平台，为其认识和掌握现代交、直流、步进驱动技术奠定必要的基础。
4、适用于三轴及三轴以上的多轴运动控制教学和实验使用。
图1是本实用新型的结构框图示意图。
图2是本实用新型的交流伺服部分的主电路原理框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1、2所示。
一种基于多轴运动控制卡的教学用多轴混合控制系统，包括一具有两个水平方向驱动轴和一个分度盘的工作平台，两个水平方向的驱动轴分别连接有交流伺服电机和直流伺服电机，分度盘通过分度装置与步进电机相连，所述的分度装置为蜗轮、蜗轮装置，蜗轮与分度盘相连，蜗杆与步进电机的输出轴相连，蜗轮、蜗杆相互啮合，所述的交流伺服电机、直流伺服电机、步进电机分别与相应的交流伺服驱动器、直流伺服驱动器、步进细分驱动器相连，所述的交流伺服驱动器、直流伺服驱动器、步进细分驱动器均与多轴运动控制卡相连，多轴运动控制卡安装在计算机(可采用工控机加以实现)中，如图1所示。
本实施例中的运动控制卡(可采用深圳众为兴公司的ADT850型运动控制卡)插在PC机上的PCI插槽上，由运动控制卡内部做相应的信号处理和运算后，运动控制卡给交、直流伺服驱动器及步进驱动器发出一定频率的脉冲和方向指令。ADT850运动控制卡作为控制电机的上位单元，与计算机构成主从式控制结构。计算机主要完成人机交互界面的管理、控制系统的检测和控制工作；运动控制卡接收计算机CPU的发出的指令，进行运动轨迹的规划。这包括脉冲的方向和方向信号的输出、自动升降速处理、原点和限位开关等信号的检测。系统具有软件搜索参考点和软件限位功能，这样可以保证电机和滚珠丝杠等精密部件不在系统运行中损坏。
本实用新型可采用VC6.0开发的数控软件NUT-Servo来实现对硬件的控制功能。其中包括文件导入，图形绘制、编辑、浏览，属性设定，雕刻加工和帮助主题等几大功能模块。人机交互界面具备菜单操作和工具栏按钮选择两种方式，各按钮选项除界面名称外均配有自弹式注释，使用十分方便。NUT-Servo软件能够导入扩展名为PLT、DXF、UOO、CUT、NC或CNC的图形文件数据并以图形的形式在客户区显示；运动过程中具备完善的保障机制，保证机器安全；雕刻加工时可自动识别加工路径的弯曲平滑程度而进行相应速度高低调节，防止因转弯过急而导致的震动，确保加工质量；同时也可以对所需要的参数进行设置。AutoCAD、Mastercam、UG、Pro/Engineer、Type3、北航CAXA、文泰等CAD/CAM软件生成的加工代码都可以直接从控制软件里导入加工。
本实用新型的电原理图如图2所示。
本实施例未详述部分与现有技术相同。
权利要求1.一种基于多轴运动控制卡的教学用多轴混合控制系统，包括一具有两个水平方向驱动轴和一个分度盘的工作平台，其特征是两个水平方向的驱动轴分别连接有交流伺服电机和直流伺服电机，分度盘通过分度装置与步进电机相连，所述的交流伺服电机、直流伺服电机、步进电机分别与相应的交流伺服驱动器、直流伺服驱动器、步进细分驱动器相连，所述的交流伺服驱动器、直流伺服驱动器、步进细分驱动器均与多轴运动控制卡相连，多轴运动控制卡安装在计算机中。
2.根据权利要求1所述的基于多轴运动控制卡的教学用多轴混合控制系统，其特征是所述的分度装置为蜗轮、蜗轮装置，蜗轮与分度盘相连，蜗杆与步进电机的输出轴相连，蜗轮、蜗杆相互啮合。
3.根据权利要求1所述的基于多轴运动控制卡的教学用多轴混合控制系统，其特征是所述的计算机为工控机。
专利摘要本实用新型公开了一种适合于教学使用的，有利于提高学生动手和编程能力，便于他们理解基于运动控制板卡的交、直流、步进混合控制的基于多轴运动控制卡的教学用多轴混合控制系统，它包括一具有两个水平方向驱动轴和一个分度盘的工作平台，其特征是两个水平方向的驱动轴分别连接有交流伺服电机和直流伺服电机，分度盘通过分度装置与步进电机相连，所述的交流伺服电机、直流伺服电机、步进电机分别与相应的交流伺服驱动器、直流伺服驱动器、步进细分驱动器相连，所述的交流伺服驱动器、直流伺服驱动器、步进细分驱动器均与多轴运动控制卡相连，多轴运动控制卡安装在计算机中。解决了教与学的结合问题和实验装置缺乏的问题。
文档编号G09B25/00GK2906795SQ20062007359
公开日2007年5月30日 申请日期2006年6月7日 优先权日2006年6月7日
发明者舒志兵, 黄益群 申请人:南京工业大学