基于SERCOS的五轴开放式数控系统通信及插补运动控制研究

发布时间：2020-09-11 17:24

　　在《中国制造2025》中,将智能制造定为中国制造的主攻方向。数控技术作为智能制造的关键技术必将得到快速发展,而运动控制作为数控机床的核心技术势必成为研究热点。本文针对开放式数控系统的通信技术和插补运动控制技术进行了深入研究。首先,通过分析各种运动控制接口的特性,选用SERCOSⅢ接口作为运动控制接口,并采用工控机、通用Windows操作系统+RTX8.1实时扩展系统搭建数控系统的软硬件平台。基于SERCOSⅢ接口开发了控制器与驱动器的五阶段通信软件;提出了一种基于SERCOSⅢ接口的实时通信、实时插补的开放式数控体系结构,该开放式数控系统结构具有充裕的实时通讯能力,为本文插补算法分析和加减速算法分析提供了数据支持并提高了整个系统的开放性。其次,针对插补过程各轴坐标增量不联动可能导致出现运动误差等问题,基于SERCOSⅢ接口通信技术提出了一种动态协调实时插补算法,该算法可有效保证各轴坐标增量联动,保证加工轨迹的精度,且实时性更强。基于FSM原理,将本文的通信、插补和加减速分三个模块,提出了一种层级式FSM行为模型,通过总管理状态机和各层级状态机来实现对插补控制与加减速控制的有效协调。然后,针对梯形加减速在数控系统中导致的位置精度不高,定位时间长,影响加工表面质量和加工精度等问题,本文基于SERCOSⅢ接口通信技术和层级式有限状态机行为模型,提出了一种分段式变速度值处理加减速控制方法,该算法实时性强,计算精度高,保证了机床运行时的平稳性和加工精度。最后,通过搭建的单轴伺服运动控制平台,验证所开发的五阶段通信软件功能的正确性与可靠性。通过Matlab拟合本文所提出的插补算法计算出的数据点进行仿真研究,验证了所提出的插补算法的准确性与可靠性。通过Matlab将结合了本文提出的加减速控制算法的插补算法计算出的数据点进行拟合仿真研究,验证了本文加减速算法的可靠性和稳定性。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG659
【部分图文】：

体系结构图,开放式数控,SERCOS接口,体系结构

图 1-1 基于 SERCOS 接口的开放式数控体系结构Fig.1-1 Open CNC architecture based on SERCOS interfaceNC代码译码G指令处理M、S、T指令处理坐标及刀补处理PLC插补预处理F指令处理主轴控制系统辅助控制电路插补运算位置控制M、S、T指令执行完信号输入本文研究内容

伺服运动,位置控制,伺服电机,单轴

图 5-1 单轴伺服运动平台Fig.5-1 Uniaxial servo motion platform本文以位置控制模式对伺服电机的控制为例，对所开发的 SERCOS 通进行测试。首先点击初始化参数配置，相关配置参数已写入至此按钮的下，此时 SERCOS 通信软件会在后台自动进行通信阶段 CP0-CP1 的如检查通信环无错误，驱动器会自动跳转至阶段 2，此时软件“当前会显示数字 2。在此阶段，可配置驱动器及 SERCOS 卡的相关参数，对参数“P-0-0033”进行相应操作模式的配置。其次当进入 CP4 之后，可对运动参数如速度、目标位置等进行配置，可对运动控制指令如“使能开”、“启动”、“暂停”、“停止”等操作。当数配置好之后，点击“使能开”按钮，若配置有错误，或者驱动器没有电，驱动器会出现 F4002 的报错，此时应重新配置初始化参数。若无驱动器显示屏会出现“AF”，此时进入驱动器使能状态。接着点击启动驱动器会根据配置的相关控制参数来控制电机运转。电机运转过程中，馈区会实时的显示当前速度和当前位置等反馈信息。若运动需要停止或况出现，则可通过“暂停”或“急停”按钮来使电机停止运转。

测试软件,实验平台

b) 通讯阶段 4b) Communication phase 4图 5-2 实验平台测试软件Fig.5-2 Test software for experiment platform证，驱动器可将控制器端配置的相关过程并驱动电机运转，从而证明了本文所开发利切换通讯的五个阶段，并准确传输控制减速算法仿真具 VC++6.0，通过本文所提出的插补算法据点，然后再通过 Matlab 软件对这些已拟合成线过程中，做了大量仿真对比验证制模块离散出的轨迹数据点在三维空间分为方便验证，八组不同数据都为起始点为次对结合了加减速控制功能的插补控制模

【参考文献】