一种固定角度的重载转台高精度控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种伺服控制系统，具体涉及一种固定角度的重载转台高精度控制系统。


背景技术：

2.目前在一些大型零部件自动化装配领域，转台不仅需要对零部件起着承载作用，同时在完成一个工序后需要将零部件精准旋转到另一个加工面，进行再次加工；重载转台要实现高精度固定角度旋转，其控制策略则是整个控制系统的核心。重载转台因其需要具备较高承载能力，所以往往都存在定位精度不高等问题。目前市面上使用的转台大都通过伺服系统来实现精确控制，为了提高控制精度，往往都采用一些复杂的控制算法来提高控制精度；该方法不仅会增加控制器的运算负担，同时也增加了设计调试难度。电机和伺服控制器组成的伺服系统仅仅只能反馈电机是否执行完成控制器发送的脉冲值，并不能反映目前转台的实际位置值。
3.如申请号为202010680570.5，名称为“一种简易高精度伺服转台控制方法”的中国发明专利，该专利利用伺服驱动器进行伺服电机三环控制，控制器进行路径规划任务的伺服控制模式，虽然简化了控制算法，但是并未涉及转台实时位置检测装置，仅能通过电机位置反馈，来补偿电机运行位置值，并未引入转台实时位置监测系统来反馈转台实际位置值，从而补偿转台的实际偏差值。重载转台因其需要转动大负载的工件，不仅需要选用大功率电机，同时也需要会选用大传动比的齿轮和大速比的减速箱来传递扭矩，这类传动装置虽具备较强扭矩传递能力，但是也存在齿间隙较大等问题，因此仅仅采用伺服驱动器和伺服电机组成的单闭环伺服系统很难保证转台的实际定位精度。
4.又如申请号为cn201720814645.8，名称为“伺服电机驱动装置和系统”的中国实用新型专利，包括：绝对值编码器、伺服驱动器和伺服电机，其中，伺服驱动器包括信号采集器以及控制器；绝对值编码器与伺服电机相连接，用于检测伺服电机的转子位置信号；信号采集器与绝对值编码器相连接，用于自动获取转子位置信号；控制器与信号采集器相连接，用于将转子位置信号转化为转子实际位置，并根据所述转子实际位置对所述伺服电机进行控制；伺服电机与控制器相连接，用于根据控制器的控制信号进行转动。然而伺服电机本身自带的编码器只能反馈伺服电机是否执行完成伺服驱动器发送的脉冲值，不能检测转台当前的实际位置值，而由于伺服电机与转台采用了减速器和大小齿轮配合，转台尺寸较大的情况下选用的齿间隙也较大，单纯依靠伺服电机反馈的位置只来定位转台旋转当前位置，存在较大的误差。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在解决现有技术中转台转动控制装置存在较大误差的上述问题，提出了一种固定角度的重载转台高精度控制系统，提高转台的转动控制精度。
6.为了实现上述实用新型目的，本实用新型的技术方案如下：
7.一种固定角度的重载转台高精度控制系统，其特征在于：包括转台、伺服驱动装置、定位补偿装置和控制器；所述伺服驱动装置包括伺服电机，所述伺服电机与所述控制器连接，用于根据所述控制器的控制信号驱动转台转动，伺服电机末端连接有用于检测伺服电机转子位置值的一号编码器；所述定位补偿装置包括二号编码器，转台外侧固定有大齿圈，大齿圈外沿啮合有小齿圈，所述二号编码器同轴连接在小齿圈上，用于检测转台的实际位置值；所述一号编码器和二号编码器均与所述控制器电性连接。
8.进一步的，还包括上位机，所述上位机与控制器连接，用于将位置指令发送给控制器，控制器通过tcp/ip协议与上位机建立双向通信。
9.进一步的，所述上位机包括触摸屏及存储的上位机程序，所述触摸屏用于输入控制指令以及显示绝对值编码器反馈的转台实际位置。
10.进一步的，所述伺服驱动装置还包括伺服驱动器，所述伺服驱动器分别与所述控制器和伺服电机电性连接，伺服驱动器用于接收控制器根据控制算法得出的脉冲值后驱动伺服电机运动，从而驱动转台运行。
11.进一步的，所述伺服驱动器与控制器通过profinet建立通信。
12.进一步的，所述一号编码器为增量式编码器，所述二号编码器为绝对值编码器。
13.进一步的，所述伺服驱动器和伺服电机分别设有两台，两台伺服电机分别设置在转台的两侧，以双电机驱动的方式驱动转台。
14.本实用新型的有益效果：
15.1、本实用新型所述的控制系统，通过伺服驱动器和伺服电机，以及绝对值编码器与plc控制器形成双闭环控制，能够通过绝对值编码器实时反馈转台运行的实际位置值，并通过差补的方法驱动伺服电机运动到目标位置值；
16.2、本实用新型所述的控制系统，将绝对值编码器安装于转台的基座，通过低模数大齿圈和小齿圈配合，可以尽可能消除转台传动过程中的间隙，从而绝对值编码器能更加真实反映转台的实际位置值；
17.3、本实用新型所述的控制系统，在保证转台高定位精度的同时，仅通过一个线性方程便能实现转台的精确控制，不仅能够简化整个控制系统的设计难度，减少控制器的运算负担，同时能够减速重载转台系统的调试和维护成本。
附图说明
18.图1为本重载转台控制系统框图；
19.图2为本重载转台控制系统工作流程图；
20.图3为本重载转台定位补偿系统局部放大图；
21.其中，
22.1、绝对值编码器；2、大齿圈；3、小齿圈，4、控制器， 5、伺服驱动器，6、增量式编码器，7、上位机。
具体实施方式
23.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描
述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
24.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、
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安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.实施例1
29.本实施例提供了一种固定角度的重载转台高精度控制系统，该控制系统包括转台、伺服驱动装置、定位补偿装置、控制器4和上位机7。
30.其中，伺服驱动装置由两台伺服驱动器 5和两台伺服电机组成，由于转台需要承载140t的负载，为了提高转台的稳定性，及电机扭矩传递的效率，因此在转台两侧设定了双电机的驱动方式。
31.伺服电机与控制器4连接，用于根据控制器4的控制信号驱动转台转动。伺服电机末端连接有增量式编码器6，该增量式编码器6可以检测伺服电机的转子位置值。
32.伺服驱动器 5分别与控制器4和伺服电机电性连接，用于接收到控制器4下发的脉冲值后驱动伺服电机运动，从而驱动转台运行，所述的增量式编码器6可将伺服电机执行的脉冲值实时反馈给伺服驱动器 5。
33.如图3所示，定位补偿装置设置在转台基座上，定位补偿装置包括绝对值编码器1，转台外侧固定有大齿圈2，所述大齿圈2边缘啮合有小齿圈3，绝对值编码器1与小齿圈3同轴连接设置，用于检测转台的实际位置值。通过低模数大齿圈2和小齿圈3配合，可以尽可能消除转台传动过程中的间隙，从而绝对值编码器1能更加真实反映转台的实际位置值。所述的增量式编码器6和绝对值编码器1均与所述控制器4电性连接。
34.上位机7与控制器4连接，用于向控制器4发送位置指令。上位机7包括触摸屏及存储的上位机7程序，控制器4将绝对值编码器1检测到的转台实际位置值上传给上位机7，由触摸屏进行实时显示，供操作人员查看。如图1和图2所示，上位机7与控制器4通过tcp/ip协议实现双向通信，操作人员通过手动或自动的方式通过上位机7向控制器4发送运动指令。
35.本实施例中，控制器4采用plc控制器。
36.上述控制系统的工作原理如下：
37.首先通过触摸屏向plc控制器发送位置指令；plc控制器通过控制算法计算出需要向伺服驱动装置发送的脉冲值；plc控制器利用通信总线将需要运动的脉冲值发送给伺服驱动器；伺服驱动器接收到脉冲值后驱动伺服电机运动，从而驱动转台运行，通过伺服电机末端的增量式编码器将伺服电机执行的脉冲值可实时反馈给伺服驱动器；定位补偿装置通过绝对值编码器实时监测转台的运行角度，并通过通信总线将转台角度值实时反馈给plc控制器和上位机；plc控制器将转台设定值和绝对值编码器反馈的转台实际位置值进行比较，并通过控制算法计算出需要补偿的脉冲值，并发送给伺服驱动装置，从而实现转台的高精度控制。
38.plc控制器内设有控制算法，所述控制算法包括目标位置计算和最终定位补偿算法。plc控制器通过控制算法，首先将实际位置值和目标位置值进行做差，计算出转台需要转动的角度数，然后将需要补偿的位置值带入以下公式计算出需要发送的脉冲值；
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（1）
40.其中：a为总传动比，b为伺服电机旋转一周需要脉冲数，为转台目标角度值，为当前转台角度值；由方程（1）即可求得下一个位置值伺服驱动器需要运行的脉冲值。
41.plc控制器通过profinet通信将下一个位置伺服需要运行的脉冲值发送给伺服驱动器；伺服驱动器驱动伺服电机带动转台运行，并通过伺服电机末端的增量式编码器反馈值进行差分运算，从而驱动伺服电机执行完plc控制器发送的脉冲值。
42.伺服驱动器执行完成plc控制器发送的脉冲值后，由于存在传动误差，因此转台可能并未运行到设定的位置值，此时通过定位补偿装置中的绝对值编码器检测转台运行的实际位置值，并将得到的实际位置值反馈给plc控制器，plc控制器继续通过方程（1）的控制算法计算出伺服电机需要运行的脉冲数，直到绝对值编码器检测到的转台位置值到达了目标位置的误差范围内。
43.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。