工业控制之伺服系统精选开发资料

个伺服驱动器，因此每个伺服驱动器都获得同步运动控制指令，不受其他因素影响，即任一伺服单元都不受其他伺服单元的扰动影响。在这个系统中，控制器和各个伺服驱动器都作为一个网络节点，形成CAN控制网络。同时，由于采用现场总线控制系统，可以根据印刷规模，扩展网络节点个数。

　　3编码器和伺服电机的选择

　　在大惯量负载印刷系统中，编码器和伺服系统的选择尤为重要。以BF4250卷筒纸印刷机为例，其负载转动惯量很大，其中柔印机组为0.13 kg？m2，胶印机组转动惯量最大，为0.33 kg？m2.

　　由于系统定位精度要求≤0.03 mm，考虑到负载的大惯量性，把控制周期定为2 ms，要求位置环稳态误差为±1个脉冲。根据定位精度和稳态误差，可以折算出编码器线数为17000(＄0.0372)线，可是考虑到在实际印刷过程中，要不断调整不同机组的位置，如果编码器分辨率选17000(＄0.0372)线，在调整印辊时，由于机组转动惯量很大，将会产生很大的角加速度，进而产生很大的转矩。例如对于胶印机组，调整角加速度超过700 rad/s2，调整转矩超过200 N？m，一般的电机无法满足要求。

　　综合考虑，选择编码器分辨率为40000(＄18.0000)线，这样在调整过程中，减小了电机的调整加速度，进而减小了调整转矩。例如在负载惯量最大的胶印机组中，调整角加速度为78.6 rad/s2，调整转矩为26 N？m，凯奇电气公司的90M系列伺服电机完全可以满足要求。

　　4时钟同步机制

　　在分布式无轴传动同步控制系统中，需要各个印刷机组之间统一协调地工作，所以各个机组必须要有统一的时间系统，以保证各个印刷机组协调工作，完成印刷任务。

　　具体的时钟同步实现方法分为硬件时钟同步，同步报文授时同步和协议授时同步。

　　（1）硬件时钟同步。硬件时钟同步是指利用一定的硬件设施（如GPS接收机、UTC接收机、专用的时钟信号线路等）进行的局部时钟之间的同步，操作对象是计算机的硬件时钟。硬件同步可以获得很高的同步精度（通常为10-9秒至10-6秒）。

　　（2）同步报文授时同步。在每个通讯周期开始，主站以广播形式发送一次同步报文。例如在SERCOS协议数据传输层中，每个SERCOS的通讯周期开始都以主战发送的同步报文MST为标志。MST的数据域非常短，只占1个字节。MST报文的同步精度很高，如果用光缆做传输介质，同步精度可在4微妙之内。

　　（3）协议授时同步。协议授时也叫软件授时，指利用网络将主时钟源，通过网络，发给其他的子系统，以达到整个系统的时间同步性。通过计算从发出主时钟信息到发送到目标节点接受该信息并产生中断之间的时间差，可以得出延迟时间。然后通过延时补偿来达到时间同步。软件授时成本低，可由于同步信息在网络上传输的延迟大且有很大的不确定性，所以授时精度低（通常为10-6秒到10-3秒）。

　　综合考虑，本文的时钟同步方案采用的是硬件时钟同步，各节点根据系统中指定的主时钟来调整它们的时钟，具体实现方法是：添加硬件时钟同步信号线 CONCLK用来传输时间同步信号，同步控制信号周期为2 ms，以同步信号的上升沿作为同步点。在控制器中设置同步信号发生器，并在各个驱动器内部设置同步接受单元。驱动器从站的同步接受单元检测到主战的 CONCLK上升沿后，各从站时钟同时清零。这样定期清零不仅保持了各从站时钟的一致性，同时也避免了同步误差的累计。为了提高模块同步信号的抗干扰能力，采用平衡差分驱动方式传输同步信号。使用光耦隔离，可以使主站和从站的信号互不干扰。主、从站同步信号电路如图3.

　　图3主站、从站同步信号电路图

　　5上位机同步运动数据的产生

同步运动数据的产生任务放在到北京首科凯奇电气技术有限公司开发的软PLC-ComacPLC系统中。该公司的软PLC系统，硬件系统采用的是工业计算机平台，操作系统采用的是微软推出的WinCE嵌入式操作系统。在此软PLC系统中，建立了快逻辑任务和慢逻辑任务，快逻辑用于对时间要求高的场合，如紧急情况处理，高精度采样等情况，慢逻辑任务主要用于一般对时间要求不高的场合。快逻辑任务是一个需要定时执行的任务（类似于中断服务程序），该任务必须在一个系统采样周期内执行完成，慢逻辑任务是一个无限循环，它可以在几个系统采样周期内完成。快逻辑任务通过定时控制器8254来完成定时，定时周期为1毫秒。在执行过程中每一次采样周期都执行一次快逻辑任务，产生成同步运动数据。为了保持各个从动轴相对于主轴的同步关系，建立运动参考数据源来虚拟主轴运动状态。在每个系统采样周期中，根据虚拟主轴的运动状态，以及各个从动轴的