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為了保證在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性和不發(fā)生破壞現(xiàn)象，六自由度平臺(tái)的六個(gè)伺服電動(dòng)缸必須做到協(xié)調(diào)一致的動(dòng)作。考慮到多軸的同步、協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境以及六自由度并聯(lián)平臺(tái)是一種高度耦合的系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)控制相對(duì)復(fù)雜。
六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)選擇有多種形式，根據(jù)不同行業(yè)的應(yīng)用，選擇不同的運(yùn)動(dòng)控制方案和策略。根據(jù)具體項(xiàng)目的預(yù)算，以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和精度的要求，來(lái)選擇相應(yīng)的控制系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方案。
南京全控主要推薦以下兩種控制方案選擇：
第一種方案：
考慮到并聯(lián)六自由度控制策略實(shí)施的方便和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度、造價(jià)等問(wèn)題。采用工控機(jī)(IPC)+多軸運(yùn)動(dòng)控制卡的形式。
多軸運(yùn)動(dòng)控制卡是一種總線(xiàn)形式的板卡，它具有良好的開(kāi)放性、可靠性和抗干擾性，可通過(guò)VC、VB等高級(jí)控制語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)其控制功能。在六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)研究中，多軸運(yùn)動(dòng)控制卡的應(yīng)用較多，其價(jià)格相對(duì)較低，且能夠安裝在工控機(jī)的卡槽上，無(wú)須再添加控制器就可以與外部信號(hào)處理電路進(jìn)行通信，這種一體化的設(shè)計(jì)避免了硬件結(jié)構(gòu)的冗余繁雜。
從軟件編程的角度來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)控制卡的靈活性較強(qiáng)，只需給用戶(hù)提供底層驅(qū)動(dòng)和編程代碼，用戶(hù)可根據(jù)自己的軟件開(kāi)發(fā)能力和個(gè)性需求做出各種相應(yīng)的的界面和功能。
在硬件方面，作為完成控制系統(tǒng)的一個(gè)部件，要實(shí)現(xiàn)控制功能，還需其他輔助部件，如PC、指令設(shè)備、傳動(dòng)裝置等。通常運(yùn)動(dòng)控制卡需要一個(gè)載體，一個(gè)基于工控CPU的系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)。除了板卡本身，還需配合工控機(jī)、高精度定時(shí)時(shí)鐘和I/O 接口和相應(yīng)的隔離、差分電路，因此硬件電路的連接和調(diào)試過(guò)程較為復(fù)雜。
在軟件方面，通常需要確保工控機(jī)上有一個(gè)實(shí)時(shí)進(jìn)程，來(lái)運(yùn)行實(shí)時(shí)控制算法，來(lái)提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，避免產(chǎn)生滯后。但這種實(shí)時(shí)系統(tǒng)能夠提供的定時(shí)時(shí)鐘頻率較低，不能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求;而如果首先保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)的開(kāi)放性又會(huì)相應(yīng)地降低，因此這種控制方案存在一定的局限性。
六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制采用計(jì)算機(jī)集中控制方式，由一臺(tái)IPC完成各電動(dòng)伺服缸位置指令值的計(jì)算，并對(duì)并聯(lián)六自由度平臺(tái)的六根電動(dòng)缸位移和速度進(jìn)行監(jiān)控。多軸運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)PCI插槽與PC機(jī)相連接，并完成6個(gè)電動(dòng)伺服缸的位移閉環(huán)控制，因采控制系統(tǒng)的改變比較靈活，只需要重新編程，就可以更換一種算法。因此，可以根據(jù)需要在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的補(bǔ)償和控制算法。
第二種方案：
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)取得了突破性發(fā)展，以太網(wǎng)總線(xiàn)技術(shù)在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛。特別是近年來(lái)，隨著具有顯著開(kāi)放式特征的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)與開(kāi)放式工業(yè)以太網(wǎng)總線(xiàn)的技術(shù)融合，伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)向可靠性更高、速度更快、精度更高、穩(wěn)定性更好的方向發(fā)展。
考慮到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和配置形式，并結(jié)合計(jì)算機(jī)的控制策略，以及高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的需求，用戶(hù)需要一種開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，通過(guò)自行開(kāi)發(fā)的控制軟件來(lái)完成六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制要求，因此需要提供強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制功能作為保障。采用工控機(jī)(IPC)或人機(jī)界面(HMI)+運(yùn)動(dòng)控制器的形式。
運(yùn)動(dòng)控制器是一種高度集成化的專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)專(zhuān)用控制設(shè)備。它能夠?qū)⒁恍┩ㄓ玫倪\(yùn)動(dòng)控制功能固化在其中，用戶(hù)可以隨時(shí)對(duì)這些功能塊或指令進(jìn)行組態(tài)和調(diào)用，這樣降低了編程的難度，在提高控制性能的同時(shí)，降低了過(guò)多附帶硬件和功能模塊所需的成本。與多軸運(yùn)動(dòng)控制卡相比，控制器更偏向于集成化，它應(yīng)該是一個(gè)完整的、獨(dú)立的硬件平臺(tái)。但是控制器軟件的程序?qū)懭耄蟛糠质窃诳刂破鲀?nèi)部，利用其自身固有的編程方式寫(xiě)程序，或者靠上位計(jì)算機(jī)發(fā)送控制信號(hào)來(lái)執(zhí)行下面的命令。也就是說(shuō)，控制器大多帶有相匹配的控制軟件。
PAC控制器是一種融合了傳統(tǒng)的PLC和IPC的優(yōu)點(diǎn)，具有獨(dú)特理念的模塊化控制裝置。即嵌入式PC的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng), 控制器采用帶有Inter芯片，是一款強(qiáng)大的CPU，采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，任務(wù)循環(huán)周期最快可達(dá)到微秒級(jí)別，附加IO處理器，附帶接口模塊擴(kuò)展插槽，可移動(dòng)存儲(chǔ)CompactFlash卡，且設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)采用實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)非常高的實(shí)時(shí)控制。專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于循環(huán)周期非常短的項(xiàng)目，能夠處理大量數(shù)據(jù)，浮點(diǎn)型運(yùn)算。
運(yùn)動(dòng)控制器是上位機(jī)PC端用戶(hù)到伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的橋梁，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)動(dòng)控制，將上位機(jī)的控制命令、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)。采用PAC控制器，用于對(duì)高精度調(diào)整機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)、精確控制。運(yùn)動(dòng)控制器通過(guò)對(duì)六臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的六自由度運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的正反解算法，并將其集成到運(yùn)動(dòng)控制器中。
采用穩(wěn)定可靠、通信速率高、受干擾率低、網(wǎng)絡(luò)速度快為特點(diǎn)的工業(yè)以太網(wǎng)搭建運(yùn)動(dòng)控制總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)完成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器需要實(shí)現(xiàn)的具體功能以及控制系統(tǒng)的實(shí)際構(gòu)成情況，采用“PAC+工業(yè)以太網(wǎng)”技術(shù)的設(shè)計(jì)方案。控制系統(tǒng)采用“上位機(jī)+PAC控制器”的控制形式。整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由上位機(jī)、PAC控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)缸、機(jī)械機(jī)構(gòu)、傳感器等組成。
上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)按要求對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行軌跡規(guī)劃，并將各種控制命令通過(guò)以太網(wǎng)通訊接口下發(fā)給PAC控制器;運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)收到的控制命令進(jìn)行命令解析、狀態(tài)獲取、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型解算算法及控制算法處理等。根據(jù)具體命令執(zhí)行相應(yīng)操作。運(yùn)動(dòng)控制器經(jīng)過(guò)反解算法解算，將上位機(jī)發(fā)來(lái)的位姿信息轉(zhuǎn)換成每個(gè)電動(dòng)缸的位置信息;再根據(jù)控制器獲取的電機(jī)絕對(duì)編碼器值，以及磁致伸縮位移傳感器測(cè)得的電動(dòng)缸伸縮量等信息，應(yīng)用相應(yīng)的控制算法，得到具體的控制量;通通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)總線(xiàn)發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制命令給伺服驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的精確運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器可以通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)獲取到各個(gè)驅(qū)動(dòng)器的當(dāng)前狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)信息及相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)正解算法得到機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)姿態(tài)，并將這些信息通過(guò)以太網(wǎng)反饋給上位機(jī)。控制系統(tǒng)具體構(gòu)成如下圖所示。
以上是南京全控為您推薦常見(jiàn)的兩種六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制方案，如果您有更詳細(xì)的需求，可以聯(lián)系我們定制六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)解決方案。
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