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為了保證在運動過程中的穩(wěn)定性和不發(fā)生破壞現(xiàn)象，六自由度平臺的六個伺服電動缸必須做到協(xié)調(diào)一致的動作。考慮到多軸的同步、協(xié)調(diào)運動、運動機構(gòu)的實際應(yīng)用環(huán)境以及六自由度并聯(lián)平臺是一種高度耦合的系統(tǒng)，其運動控制相對復(fù)雜。
六自由度運動平臺的運動控制系統(tǒng)選擇有多種形式，根據(jù)不同行業(yè)的應(yīng)用，選擇不同的運動控制方案和策略。根據(jù)具體項目的預(yù)算，以及動態(tài)響應(yīng)性能和精度的要求，來選擇相應(yīng)的控制系統(tǒng)及實現(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施的方便和現(xiàn)代計算機的計算速度、造價等問題。采用工控機(IPC)+多軸運動控制卡的形式。
多軸運動控制卡是一種總線形式的板卡，它具有良好的開放性、可靠性和抗干擾性，可通過VC、VB等高級控制語言實現(xiàn)其控制功能。在六自由度運動平臺系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)研究中，多軸運動控制卡的應(yīng)用較多，其價格相對較低，且能夠安裝在工控機的卡槽上，無須再添加控制器就可以與外部信號處理電路進行通信，這種一體化的設(shè)計避免了硬件結(jié)構(gòu)的冗余繁雜。
從軟件編程的角度來說，運動控制卡的靈活性較強，只需給用戶提供底層驅(qū)動和編程代碼，用戶可根據(jù)自己的軟件開發(fā)能力和個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)的一個部件，要實現(xiàn)控制功能，還需其他輔助部件，如PC、指令設(shè)備、傳動裝置等。通常運動控制卡需要一個載體，一個基于工控CPU的系統(tǒng)運行平臺。除了板卡本身，還需配合工控機、高精度定時時鐘和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)試過程較為復(fù)雜。
在軟件方面，通常需要確保工控機上有一個實時進程，來運行實時控制算法，來提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，避免產(chǎn)生滯后。但這種實時系統(tǒng)能夠提供的定時時鐘頻率較低，不能滿足系統(tǒng)要求;而如果首先保證系統(tǒng)的實時性，系統(tǒng)的開放性又會相應(yīng)地降低，因此這種控制方案存在一定的局限性。
六自由度運動平臺的控制采用計算機集中控制方式，由一臺IPC完成各電動伺服缸位置指令值的計算，并對并聯(lián)六自由度平臺的六根電動缸位移和速度進行監(jiān)控。多軸運動控制卡通過PCI插槽與PC機相連接，并完成6個電動伺服缸的位移閉環(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)需要在計算機上實現(xiàn)比較復(fù)雜的補償和控制算法。
第二種方案：
隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的進步，機器人運動控制技術(shù)取得了突破性發(fā)展，以太網(wǎng)總線技術(shù)在運動控制領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛。特別是近年來，隨著具有顯著開放式特征的運動控制系統(tǒng)與開放式工業(yè)以太網(wǎng)總線的技術(shù)融合，伺服運動控制系統(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。
考慮到運動平臺的結(jié)構(gòu)和配置形式，并結(jié)合計算機的控制策略，以及高動態(tài)響應(yīng)的需求，用戶需要一種開放式結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，通過自行開發(fā)的控制軟件來完成六自由度運動平臺的運動控制要求，因此需要提供強大的運動控制功能作為保障。采用工控機(IPC)或人機界面(HMI)+運動控制器的形式。
運動控制器是一種高度集成化的專用運動專用控制設(shè)備。它能夠?qū)⒁恍┩ㄓ玫倪\動控制功能固化在其中，用戶可以隨時對這些功能塊或指令進行組態(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，降低了過多附帶硬件和功能模塊所需的成本。與多軸運動控制卡相比，控制器更偏向于集成化，它應(yīng)該是一個完整的、獨立的硬件平臺。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程序，或者靠上位計算機發(fā)送控制信號來執(zhí)行下面的命令。也就是說，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，具有獨特理念的模塊化控制裝置。即嵌入式PC的開放式結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng), 控制器采用帶有Inter芯片，是一款強大的CPU，采用嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，任務(wù)循環(huán)周期最快可達到微秒級別，附加IO處理器，附帶接口模塊擴展插槽，可移動存儲CompactFlash卡，且設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)采用實時以太網(wǎng)，可以實現(xiàn)非常高的實時控制。專門應(yīng)用于循環(huán)周期非常短的項目，能夠處理大量數(shù)據(jù)，浮點型運算。
運動控制器是上位機PC端用戶到伺服運動機構(gòu)的橋梁，通過運動控制器的運動控制，將上位機的控制命令、運動規(guī)劃等在執(zhí)行機構(gòu)上實現(xiàn)。采用PAC控制器，用于對高精度調(diào)整機構(gòu)的實時、精確控制。運動控制器通過對六臺伺服驅(qū)動器進行控制，實現(xiàn)平臺的六自由度運動。實現(xiàn)了并聯(lián)機構(gòu)的正反解算法，并將其集成到運動控制器中。
采用穩(wěn)定可靠、通信速率高、受干擾率低、網(wǎng)絡(luò)速度快為特點的工業(yè)以太網(wǎng)搭建運動控制總線網(wǎng)絡(luò)完成運動控制系統(tǒng)的設(shè)計。針對運動控制器需要實現(xiàn)的具體功能以及控制系統(tǒng)的實際構(gòu)成情況，采用“PAC+工業(yè)以太網(wǎng)”技術(shù)的設(shè)計方案。控制系統(tǒng)采用“上位機+PAC控制器”的控制形式。整個運動控制系統(tǒng)由上位機、PAC控制器、伺服驅(qū)動器、電動缸、機械機構(gòu)、傳感器等組成。
上位機軟件負(fù)責(zé)按要求對機構(gòu)的運動進行軌跡規(guī)劃，并將各種控制命令通過以太網(wǎng)通訊接口下發(fā)給PAC控制器;運動控制器對收到的控制命令進行命令解析、狀態(tài)獲取、機構(gòu)運動學(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。運動控制器經(jīng)過反解算法解算，將上位機發(fā)來的位姿信息轉(zhuǎn)換成每個電動缸的位置信息;再根據(jù)控制器獲取的電機絕對編碼器值，以及磁致伸縮位移傳感器測得的電動缸伸縮量等信息，應(yīng)用相應(yīng)的控制算法，得到具體的控制量;通通過工業(yè)以太網(wǎng)總線發(fā)送運動控制命令給伺服驅(qū)動器，實現(xiàn)并聯(lián)機構(gòu)的精確運動。同時，運動控制器可以通過工業(yè)以太網(wǎng)獲取到各個驅(qū)動器的當(dāng)前狀態(tài)、運動信息及相關(guān)數(shù)據(jù)，通過正解算法得到機構(gòu)的實時姿態(tài)，并將這些信息通過以太網(wǎng)反饋給上位機。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的兩種六自由度運動平臺控制方案，如果您有更詳細的需求，可以聯(lián)系我們定制六自由度運動平臺解決方案。
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