[发明专利]一种多轴高精度闭环反馈运动控制系统

说明书

本发明公开了一种多轴高精度闭环反馈运动控制系统，其由软件部分与硬件部分构成，其中硬件部分包括传动单元与运动控制单元；软件部分由实时控制软件与客户端软件构成。本发明采用多个伺服电机作为执行元件，驱动传动装置进行直线运动，位移反馈组件将传动组件的实际运动位移反馈给伺服驱动器进行插补运算，以提高传动机构的运动精度，采用NI CompactRIO实时控制器实现对伺服电机驱动器的实时控制。该运动控制系统可实现同时对65535台伺服电机进行实时高效控制，其运动精度可达5μm。

技术领域

本发明涉及控制系统技术领域，具体涉及一种多轴高精度闭环反馈运动控制系统。

背景技术

随着科技的进步与技术的发展，控制系统也向着分布式与大型化发展，实现一种多轴的、兼容各种拓扑结构的、基于分布式架构的运动控制系统具有重要的意义。另外，对于运动精度的要求越来越高，实现一种高精度的运动控制系统满足了当前需求。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种多轴高精度闭环反馈运动控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

本发明提供一种多轴高精度闭环反馈运动控制系统，由硬件部分与软件部分组成；其中，硬件部分包括传动单元、运动控制单元；软件部分由实时控制软件与上位机客户端组成；

所述传动单元包括伺服电机、减速机、皮带轮、电缸、传动杆、台架、反馈组件、限位开关；其中，所述减速机安装于伺服电机的前端且与伺服电机同轴，用于实现伺服电机转速的缩小与转矩的放大；所述皮带轮用于连接减速机与电缸丝杠；所述电缸用于将伺服电机的旋转运动转化为直线运动；所述反馈组件由电机编码器与光栅尺位移传感器组成；

所述运动控制单元由NI CompactRIO实时控制器组成；

所述实时控制软件用于实现伺服电机的运动控制与运行状态监测；

所述上位机客户端是人机交互界面，用于显示伺服电机的当前状态，以及供用户发送控制指令；

所述实时控制软件与上位机客户端之间通过OPC UA通信协议进行通信，通过OPCUA变量的读写实现用户指令的下发与运行状态的监测。

作为本发明进一步的方案，所述伺服电机包括伺服驱动器；伺服电机用于接收来自运动控制单元的指令与反馈组件的反馈信号，对二者进行运算，以输出一定的转矩、转速与位移。

作为本发明进一步的方案，所述伺服驱动器通过EtherCAT协议与NICompactRIO实时控制器进行通信。

作为本发明进一步的方案，所述电机编码器集成在伺服电机中，用于反馈伺服电机的实际转矩与实际速度；所述光栅尺位移传感器用于反馈传动单元的实际运动位移。

作为本发明进一步的方案，所述光栅尺位移传感器采用海德汉绝对式编码器。

作为本发明进一步的方案，所述限位开关包括光电限位开关与机械限位开关；光电限位开关分别安装于电缸的前端与末端，光电限位的信号接入伺服驱动器的DI口，若光电限位被触发，伺服电机将立刻停止运动并抱闸；机械限位开关安装于光电限位开关的外侧，若其被触发，伺服电机将立即失去扭矩输入，并产生故障。

作为本发明进一步的方案，所述实时控制软件运行于NI CompactRIO实时控制器上，其由主模块、运动控制模块、OPC UA服务器模块组成。

作为本发明进一步的方案，所述运动控制模块由初始化进程、目标位置设置进程、使能/禁止使能进程、开始运动进程、停止运动进程、寻原点进程、运行状态监测进程、故障处理进程、退出进程组成。

本发明的有益效果：