关键词： 脉冲
PG矢量控制（精选三篇）
PG矢量控制 篇1
1PG是三菱公司FX系列PLC的单轴定位模块,常称为脉冲发生单元PGU(pulse generation unit)。PLC通过1PG向伺服或步进电机驱动器提供指定数量的脉冲,可以完成一个独立轴的定位控制,脉冲输出最大可达100kp/s。刀库是加工中心的主要部件,其结构有盘式、链式和格子式等种类,因盘式刀库结构紧凑、简单,不需机械手,一般用于小型加工中心及高校机电一体化技术实践教学中。单轴定位模块1PG用于无机械手圆盘形刀库的换刀控制,采用在刀库与主轴之间直接换刀,其换刀简单、定位准确。本文以卧式微加工中心为例讨论1PG在刀库中的控制技术[1,2]。
1 系统硬件接口
在卧式微加工中心中,主轴水平进给,加工工件的垂直面,圆盘式刀库的旋转轴与主轴平行,刀库中垂直主轴的圆盘上均匀地分布着8把刀,通过刀库的移动直接将加工刀具送到主轴上换刀。系统中X轴和Z轴由PLC通过20GM控制步进电机实现两轴联动,Y轴直接由PLC控制,拖动主轴前后移动进给完成深度加工,刀库由PLC通过1PG控制步进电机,驱动刀库圆盘旋转实现选刀。刀库控制部分的硬件接口如图1所示。
VIN为1PG脉冲输出的电源端,接+5V;FP为脉冲输出端,接步进电机驱动器的步进脉冲输入端CP;RP为脉冲方向输出端,接步进电机驱动器的方向电平输入端DIR;COM0为脉冲输出的公共端,接5V地;VIN,FP,RP,COM0构成1PG的输出口,控制步进电机驱动器及步进电机运动。DOG为机器原位信号输入端,接刀库原位接近开关传感器,作为刀库回原位的控制信号;S/S为24V电源端,接24V地,用于DOG输入。
刀库移动及松刀用到了3个接近开关,它们是主轴松刀传感器接PLC的X40、刀库前进到位接X41、刀库后退到位接X42。刀库移动和松刀都是用液压驱动完成的,因此换刀控制必须要先启动油泵电机。PLC的Y35,Y36,Y37分别用于油泵的启/停、主轴松刀/夹紧、刀库前进/后退的控制。JOG+、JOG-接X43,X44,为刀库旋转的点动控制按钮,JOG+控制刀库步进电机正转,JOG-控制反转。回原位接X45,作刀库点动回原位按钮。
2 刀库控制
2.1 参数设置
1PG内部设置有32个缓冲存储器(BFM),用来存放参数设置值、状态信息和命令字,PLC对1PG的控制,实际上是通过FROM/TO指令操作1PG的这些缓冲存储器来实现的。1PG的每一个缓冲存储器为16位长数据,而32位数据则由连续的2个BFM组成,如设置最高速度用DTO指令写32位数据给2个缓冲存储器BFM#5和#4。1PG的初始化设置如下:
其中BFM#3为系统参数设置,其它BFM为速度和定位数据的设置。当设置单位系统为电机系统时,BFM#0、#1和#2不需要设置。本系统参数设置为2500H,其含义如表1所示。主要是设置单位系统为以脉冲为单位的电机系统;脉冲输出格式为带方向(DIR)的脉冲输出,FP为脉冲输出端,RP为方向信号输出端,控制步进电机一般采用此种脉冲输出方式;DOG输入极性为当工件接近原位时,DOG接近开关ON,圆盘式刀库旋转只设置一个传感器,作原位DOG输入,采用常开型对应该设置[3,4]。
2.2 点动和回原位控制
PLC控制刀库点动、回原位程序,以及1PG的状态信息、控制命令的读写程序如图2所示。其中M176为选择操作刀库,M140为点动操作,M144为自动换刀,构成点动、自动操作刀库的条件。
刀库点动操作有点动回原位、点动正转、点动反转,可以用于刀库的定位调试。系统设计按下X43,X44,X45按钮,使对应的M124,M125,M126得电,分别驱动刀库正向点动(JOG+)、反向点动(JOG-)、回原位。而M127则始终为0,表示刀库旋转采用绝对位置。M124,M125,M126,M127命令信号通过M8000驱动“TO K0 K25 K4M120 K1”指令,实时写入1PG的命令缓冲存储器BFM#25的b4,b5,b6,b7位,如表2所示。实际上该指令是将PLC中的M120～M135 共16点数据全部实时地写入BFM#25,因此PLC的任何命令信息都能及时发送到1PG中,控制刀库步进电机运动。
BFM#25的b8～b12为各种操作模式,只能选择其中之一,同时选两种以上无效,本刀库控制采用单速定位模式b8。选好刀具后,程序驱动M128得电,则b8=1启动单速定位操作,驱动刀库步进电机运动,按设置的脉冲数旋转到位后停下,这个过程就是刀库定位。M300为自动换刀时,驱动刀库回原位用的。
程序中通过M8000驱动,用FROM指令实时将1PG中的状态信息(BFM#28)读到PLC的M80～M95,以获得刀库原位返回结束、单速定位结束标志,其内容如表3所示。刀库控制中用到了两个标志位b2和b8。b2=1表示原位返回结束,b8=1表示定位结束,分别使M82,M88接通,然后PLC顺序控制程序用M82,M88去驱动系统转入下一步操作。
2.3 刀库定位控制
换刀是一个准确定位的过程,为了实现高精度定位,系统采用了细分驱动及蜗轮蜗杆减速传动。刀库步进电机步距角1.8°,细分驱动器设置为64细分,蜗轮蜗杆传动减速比为1∶38,则脉冲当量为(0.74×10-3)°(1.8°/(64×38))。刀库圆盘上均匀分布着8把刀,按绝对位置计算,可得到各刀具距离原位的旋转脉冲数,如表4所示。
换刀时,首先将刀具的位置脉冲数通过DMOV(如DMOV,K121621,D212,选3号刀)指令传送给D212,然后用DTO指令将D212的数据传送给1PG的位置存储器BFM#17和#18,并程序驱动M128为ON,启动单速定位操作。刀库定位结束会置标志位BFM#28的b8为1,使M88为ON,顺控程序用M88驱动进行下一步操作。指令如下:
图3为选刀程序,用M32～M39驱动选刀,分别选中1～8号刀。
3 自动换刀程序
换刀过程就是把已用刀具取下放到刀库上,换上新刀具继续加工。自动换刀过程涉及到一系列的顺序控制,包括Y轴回原位与刀库回原位、Y轴后退、刀库前进、主轴松刀、Y轴后退(取下已用刀具)、刀库旋转、Y轴前进、主轴夹刀、刀库后退(换上新刀具)、Y轴前进(准备加工),如图4所示。其中Y轴的前进与后退控制[4],各次的前进/后退参数中,只有脉冲数不同,脉冲速率及对脉冲计数器清0都相同,为DMOV,K5000,D102,DMOVP,K0,D8142。因此,在顺控程序中后面只列出脉冲数,不再列脉冲速率及对脉冲计数器清0项。
4 结束语
自动换刀程序是以一次换刀为例设计的,对该程序进行适当改进即可用于多次换刀控制。文中介绍的1PG开发技术及程序设计方法,同样可用于其它高精度位置控制系统中,对类似运动控制系统开发具有很好的参考价值。
摘要：介绍了PLC作主控制器、1PG作脉冲输出控制单元的刀库控制技术。采用FX2N-PLC控制定位模块1PG输出指定数量的脉冲,驱动刀库步进电机旋转,带动无机械手圆盘形刀库旋转定位实现换刀。讨论了系统组成、硬件接口及1PG开发技术,给出了步进电机刀库控制的设置、点动控制和自动换刀控制程序,获得了高精度的定位控制,是一个简单高效的步进电机刀库控制系统。
关键词：1PG定位模块,刀库控制,步进电机,自动换刀程序
参考文献
[1]曹秋霞.小型立式加工中心无机械手自动换刀装置的设计[J].机床与液压,2006(9):55-57.
[2]王侃夫,梁森,王海群.基于FX2N-1PG定位模块的可编程逻辑控制器位置控制[J].电机与控制应用,2006,33(6):45-47.
[3]FX-1PG/FX2N-1PG脉冲发生器单元用户指南[Z].日本:三菱公司,2000.
射流推力矢量控制技术研究 篇2
射流推力矢量控制技术研究
射流推力矢量控制技术是一种全新概念推力矢量技术,其具有机械式推力矢量喷管无法比拟的优点.文中概要介绍了射流推力矢量控制技术喷管的工作原理、基本概念和发展情况.着重介绍了几种典型控制方法和其优缺点,以及国内外试验情况,并提出国内在射流推力矢量控制技术方面应发展的方向.
作 者：连永久 LIAN Yong-jiu 作者单位：沈阳飞机设计研究所,辽宁,沈阳,110035 刊 名：飞机设计 英文刊名：AIRCRAFT DESIGN 年，卷(期)： 28(2) 分类号：V233.7+57 关键词：二次流 射流推力矢量 喷管 激波 反向流
PG矢量控制 篇3
关键词:数控机床 结构
一、数控车床主轴变频的系统结构与运行模式
(一)主轴变频控制的基本原理
由异步电机理论可知,主轴电机的转速公式为:n=(60f/p)×(1-s)
其中p是电动机的极对数,s是转差率,f是供电电源的频率,n是电动机的转速。从上式可看出,电机转速与频率近似成正比,改变频率即可以平滑地调节电机转速。而对于变频器而言,其频率的调节范围是很宽的,可在0～400Hz(甚至更高频率)之间任意调节,因此主轴电机转速即可以在较宽的范围内调节。当然,转速提高后,还应考虑到对其轴承及绕组的影响,防止电机过分磨损及过热,一般可以通过设定最高频率来进行限定。变频器与数控装置的联系通常包括:①数控装置到变频器的正反转信号;②数控装置到变频器的速度或频率信号;③变频器到数控装置的故障等状态信号。
(二)主轴变频控制的系统构成
不使用变频器进行变速传动的数控车床一般用时间控制器确认电机转速到达指令速度开始进刀,而使用变频器后,机床可按指令信号进刀,这样一来就提高了效率。在本系统中,速度信号的传递是通过数控装置到变频器的模拟给定通道(电压或电流),通过变频器内部关于输入信号与设定频率的输入输出特性曲线的设置,数控装置就可以方便而自由地控制主轴的速度。该特性曲线必须涵盖电压/电流信号、正/反作用、单/双极性的不同配置,以满足数控车床快速正反转、自由调速、变速切削的要求。
二、无速度传感器的矢量控制变频器
(一)主轴变频器的基本选型
目前较为简单的一类变频器是V/F控制(简称标量控制)。它就是一种电压发生模式装置,对调频过程中的电压进行给定变化模式调节,常见的有线性V/F控制(用于恒转矩)和平方V/F控制(用于风机水泵变转矩)。标量控制的弱点在于低频转矩不够(需要转矩提升)、速度稳定性不好(调速范围1:10),因此在车床主轴变频使用过程中被逐步淘汰,而矢量控制的变频器正逐步进行推广。所谓矢量控制,通俗地讲是为使鼠笼式异步机像直流电机那样具有优秀的运行性能及很高的控制性能,通过控制变频器输出电流的大小、频率及其相位,用以维持电机内部的磁通为设定值,产生所需转矩。
矢量控制相对于标量控制而言,其优点有:①控制特性非常优良,可以直流电机的电枢电流加励磁电流调节相媲美;②能适应要求高速响应的场合;③调速范围大(1:100);④可进行转矩控制。这里推荐并介绍无速度传感器的矢量变频器。
(二)无速度传感器的矢量变频器
无速度传感器的矢量变频器目前包括西门子、艾默生、东芝、日立、LG、森兰等厂家都有成熟的产品推出。总结各自产品的特点,它们都具有以下特点:①电机参数自动辨识和手动输入相结合;②过载能力强,如50%额定输出电流2min、180%额定输出电流10s;③低频高输出转矩,如150%额定转矩/1HZ;④各种保护齐全(通俗地讲,就是不容易炸模块)。
(三)矢量控制中的电机参数辨识
由于矢量控制是着眼于转子磁通来控制电机的定子电流,因此在其内部的算法中大量涉及到电机参数。从异步电动机的T型等效电路表示中可以看出,电机除了常规的参数如电机极数、额定功率、额定电流外,还有R1(定子电阻)、X11(定子漏感抗)、R2(转子电阻)、X21(转子漏感抗)、Xm(互感抗)和I0(空载电流)。参数辨识中分电机静止辨识和旋转辨识两种。其中在静止辨识中,变频器能自动测量并计算顶子和转子电阻以及相对于基本频率的漏感抗,并同时将测量的参数写入;在旋转辨识中,变频器自动测量电机的互感抗和空载电流。
对于数控车床的主轴电机,使用了无速度传感器的变频调速器的矢量控制后,具有以下显著优点:大幅度降低维护费用,甚至是免维护的;可实现高效率的切割和较高的加工精度;实现低速和高速情况下强劲的力矩输出。
参考文献:
