务Ｉ 訇 似 基于ＰＡＣ的交流伺服系统设计 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＡＣ ｓｅｒｖｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＡＣ 杨磊，陈居现 ＹＡＮＧ Ｌｅｉ．ＣＨＥＮ Ｊｕ．ｘｉａｎ （南阳理工学院电子与电气工程学院，南阳４７３０００） 摘 要：在加速器的束流诊断中，需要用到高精度运动控制系统。本文采用可编程自动控制器和高精 度交流伺服控制组件构建了全数字化运动控制系统，用Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｖｉｓｕａｌ ｃ＋＋编程设计了图 形用户界面＠ＵＩ控制软件，并基于以太网建立了远程操作与监控系统。整个方案经测试工作良 好，满足了设计要求，交流伺服电机可以实现较高的位置控制精度。 关键词：运动控ｉｆ；Ｕ；交流伺服；可编程自动化控制器；加速器束流诊断 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ００９—０１ ３４（２０１ ４）０３（下）一００６０—０３ Ｄｏｉ：１ ０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１ ００９－０１ ３４．２０１ ４．０３（下）．１ ６ ０引言 １系统整体方案设计 为了满足加速器中束流切换的需要，需要设 在加速器的束流诊断中需要使用４块挡板构成 计电机驱动的束流切换装置，完成位置伺服控 宽度可控的狭缝来实现对束流的精确测量。本项 制。因为步进电机成本较低，容易构建开环的位 目采用４台交流伺服电机带动４块挡板，构成高精 置控制系统，一般的设计中主要使用步进电机ｎ】， 度的运动控制系统，实现高精度的束流狭缝控制 但步进电机控制精度不高，控制模式单一，容易 系统。整个运动控制系统框图如图ｌ所示。 失步，了束流切换的精确度和束流诊断的准 确性。加速器束流切换装置要求较高的控制精 度，更不容许有丢步现象发生。 随着计算机技术、数字控制技术及矢量算法 等的快速发展，精密控制已从传统的直流伺服电 机控制、步进电机控制向交流伺服电机控制方向 发展。交流伺服系统具有宽调速范围、高稳速精 度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性 能，交流伺服电机控制系统的动、静态特性具有 明显的优势。特别是自二十世纪七十年代以来， 图１ 交流伺服电机控制系统原理图 随着电力电子技术、大功率驱动技术、电机制造 技术、计算机控制技术和控制理论学科的发展， 为了满足工业级应用环境，采用带有４轴运动 高速、高集成度、低成本的微处理器问世及商品 控制插卡的ＰＡＣ控制器作为运动控制系统的核心 控制器，系统结构如图１所示。 化，全数字化的交流伺服系统逐步进入商用领 域，已成为现实可用的产品。 ２硬件选型 本文根据加速器束流诊断的技术要求，为了 ２．１交流伺服电机 设计了高精度和全数字的运动控制系统，拟采用 交流伺服电机用于需要快速响应和精确控制 的高精度交流伺服控制组件，结合工业级的可编 的场合，三菱公司的交流伺服电机在工业界应用 程自动化控制器（ＰＡＣ），构建高精度、全数字 普遍，其电气和机械性能好，功能丰富。具有位 化的闭环运动控制系统。 置控制模式、转速控制模式、力矩控制模式，并 具有位置／转速控制模式，速度／力矩控制模式，力 收稿日期：２０１４－０１－１０ 基金项目：河南省科技攻关计划项目：大型振动筛早期故障诊断系统研究（１３２１０２２１０１０２） 作者简介：杨磊（１９８２一），男，河南南阳人，讲师，硕士，研究方向为电机运动控制。 【６Ｏ】 第３６卷第３期２０１４—０３（下） 灵活的高精度运动控制系统，可以适用于工业级 的应用环境；在本研究中在加速器的实验环境下测 Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＡＣ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｍｍａ Ｃｏｕｎｔｅｒｓ［Ｃ］．Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＳ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ＩＣＭＴＭＡ）．２０ １ ０ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２０１０：７６２—７６４． 试，工作良好，表明ＰＡＣ可以适用于有一定辐射 性的恶劣工作环境。 ２）本文采用的高精度交流伺服电机组件可以 实现高精度的数字化运动控制。本研究所用的控 制系统定位精度高达１３１０７２步／转，实现了控制不 【３】Ｊｉｎｘｉｎｇ Ｚｈｅｎｇ，Ｍｉｎｇｊｕｎ Ｚｈａｎｇ，Ｑｉｎｇｘｉｎ Ｍｅｎｇ． Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ［Ｃ】．Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００６ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２５—２８Ｊｕｎｅ ２００６：１９６４．１９６９． 失步，达到了很高的控制精度。这表明交流伺服 电机系统用于位置伺服控制具有很好的优越性。 ３）基于可编程自动化控制器ＰＡＣ和交流伺服 【４】Ｔａｏ Ｚｈａｏ，Ｍｕｌａｎ Ｗａｎｇ，Ｃｈａｏ Ｐａｎ，Ｙｏｕｂｉｎ Ｗａｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＡＣ ｓｅｒｖｏ ｆｅｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ 电机组件构成的可调节狭缝控制系统简洁高效， 项目的研究和测试的结果表明，它很好地满足加 速器束流诊断系统的控制要求。 ｔｏｏｌ［Ｃ］．Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ＷＣＩＣＡ）， ２０１０ ８ｔｈ Ｗｏｒｌｄ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，７—９ Ｊｕｌｙ ２０１０：５５０３—５５０７． 【５】肖海．ＰＡＣ控制系统功能安全的研究与实现【Ｄ】．大连理 工大学，２０１０． 巷星 ＃ 参考文献： 【ｌ】Ｚｈａｎｇ Ｓｈｕｏｃｈｅｎｇ，Ｗａｎｇ Ｄａｎ，Ｑｉａｏ Ｗｅｉｍｉｎ ａｎｄ Ｊｉｎｇ Ｌａｎ． Ｓｔｅｐ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ．ＩＭＰ＆ＨＩＲＦＬ Ａｎｎｕａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ２００３． ¨ ［６】李建平．基于虚拟机的ＰＡＣ控制系统的研究与设计ｆＤ】． 西华大学，２０１２． ［７］尹成强，高洁．交流伺服系统的改进内模控制【ＪＪ．制造业 自动化，２０１２，１２． 【８】岳士超．基于实时工业以太网的ＰＡＣ系统关键技术研究 与实现［Ｄ】．山东大学２０１２． ［２１ Ｃｈｅｎ Ｄｅｎｇｆｅｎｇ，Ｊｉ Ｑｉｃｈｕｎ，Ｚｈａｏ Ｌｉａｎｇ，Ｚｈａｎｇ Ｈｏｎｇｃａｉ． 童‘ 盘● 矗‘ 童● 出‘ 矗● ＾‘ 盘Ｉ 蠢‘ ＆‘ 蠡‘｛盘Ｉ 矗‘ 矗● 盘Ｉ｛矗‘ 出‘ 岛‘ 岛● 矗‘ 岛Ｉ 出‘ 矗Ｉ 如Ｉ 【上接第３７页】 可知轴承外圈有点蚀。 ｔ＃底部挺轮 表明，系统完成了预定的功能，效果良好，具有 很强的实用性和一定推广性。 参考文献： 【１】程秀芳，王宝中，陶文．低速重载冶金设备故障诊断系统的 研究【Ｊ】．煤矿机械，２００９，３０（１ １）：２３４－２３６． ｆｌ＿ 蝴 ＋ 【２】唐东炜，黄耀升，王宇华．基于虚拟仪器技术的旋转机械故 障检测机诊断系统【Ｊ］＿矿山机械，２００６，３４（２）：１０３—１０４． ［３】徐园园，郑力新，戴在平．基于虚拟仪器和小波分析技 术的信号消噪仪的设计［Ｊ】．鲁东大学学报（自然科学 版），２００７，２３（２）：１２９—１３２． ｌｌ¨ 图５小波分析界面 ［４】郑晓明，杨帮华，陆文宇，何美燕．基于ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ 与ＭＡＴＬＡＢ混编的在线ＢＣＩ系统…．计算机应用与软 件，２０１２，２９（５）：１６—１９． ５结论 在Ｌａｂｗｉｎｄｏｗｓ／ｃＶＩ的虚拟仪器开发环境下， 构建了卡尔多炉智能诊断开发平台，结合实际运 行状况建立诊断系统，并在某冶炼车间实际安装 【５】庞成立．示波器点火波形在汽车故障诊断中的开发与应 用［Ｊ１．制造业自动化，２０１２，３４（８）：１５０—１５３． ［６】宗春英．基于人工智能的故障检测和诊断系统的研究［Ｊ］． 制造业自动化，２０１２，３４（４）：５２—５４，７２． 运行验证了程序的正确性和系统的可用性。结果 ［６２１ 第３６卷第３期２０１４—０３（下）
