abmicro850plc的滚珠丝杠滑台控制系统设计thecontrolsystemdesignofballscrews
摘 要摘 要滚珠丝杠具有将旋转运动变换成直线运动，或者将直线运动变换为旋转运动的功能，其主要由钢球、螺杆、防尘器、预压片、螺母、反向器构成。工具机以及精密机器中经常使用滚珠丝杠作为作为传动元件。并且以其高信赖性、高精度、优良的耐久性、高效率、无背隙与高刚性特点，被广泛的应用于各种精密仪器以及工业设备中。在各类机器以及生产过程中，可编程逻辑控制器（即PLC）以其可靠性高和抗干扰能力强的特点被广泛使用。PLC通过可编程的存储器来存储程序，执行定时、计数和逻操运算等面向用户的操作指令，同时通过数字或模拟式的输入/输出来最终实现对于目标的控制。在电机控制中，作为与PLC配合使用的产品变频器（Variable-frequency Drive，VFD）以其调速效率高、调速范围宽和机械特性较硬也被广泛使用在工业控制领域中。由于PLC和变频器构成的控制系统具有响应快和稳定性好的特性，因此在现今的工业控制领域被使用的越来越广泛。本课题主要以Allen-Bradley的Mirco850PLC、PowerFlex525变频器、威纶通6070ip触摸屏以及三相异步电机等组成的控制系统作为研究平台，对于滚珠丝杠滑台运用五段式S型加减速曲线并考察其运行的平滑程度和曲线的精度。同时分别采用开环控制、传统PID控制和分段PID控制对滚珠丝杠进行运动控制，并分析其曲线特性。关键词滚珠丝杠滑台；PLC；变频器；S曲线；分段PID；
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的及意义 1
1.3 研究现状 1
1.4 本文的主要内容 2
第二章 滚珠丝杠滑台的结构和控制系统 3
2.1 滚珠丝杠滑台结构 3
2.2 所用滚珠丝杠滑台的规格 3
2.2.1 滚珠丝杠的组成 3
2.2.2 光电编码器的型号 4
2.2.3 驱动电机的选型 5
2.3 滚珠丝杠滑台的动力学模型 5
2.4 控制系统硬件结构 6
2.5 AllenBradley Micro850 PLC 7
2.5.1 Micro850 PLC简介 7
2.5.2 I/O配置 7 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的及意义 1
1.3 研究现状 1
1.4 本文的主要内容 2
第二章 滚珠丝杠滑台的结构和控制系统 3
2.1 滚珠丝杠滑台结构 3
2.2 所用滚珠丝杠滑台的规格 3
2.2.1 滚珠丝杠的组成 3
2.2.2 光电编码器的型号 4
2.2.3 驱动电机的选型 5
2.3 滚珠丝杠滑台的动力学模型 5
2.4 控制系统硬件结构 6
2.5 AllenBradley Micro850 PLC 7
2.5.1 Micro850 PLC简介 7
2.5.2 I/O配置 7 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
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2.6 AllenBradley PowerFlex525变频器 8
2.6.1 PowerFlex525变频器 8
2.6.2 变频器参数配置及转矩性能选择 8
2.6.3 三相异步电动机的恒压频比控制 9
2.7 威纶通TK6070iP触摸屏 10
2.8 通讯方式 11
2.8.1 PLC与变频器的通讯 11
2.8.2 PLC与触摸屏的通讯 14
第三章 PLC软件和算法设计 17
3.1 PLC程序设计 17
3.2 触摸屏界面设计 17
3.3 程序设计思想 18
3.4 S曲线加减速 18
3.4.1 S曲线理论曲线 19
3.4.2 S曲线加减速的算法 20
3.4.3 S曲线加减速的速度规划 21
3.5 分段PID算法 22
3.5.1 PID的控制特点 22
3.5.2 分段PID设计 23
第四章 实验结果及分析 26
4.1 开环控制实验 26
4.1.1 匀加减速理论曲线 26
4.1.2 开环匀加减速梯形图程序 26
4.1.3 开环匀加减速实验结果 28
4.1.4 开环S曲线梯形图程序 29
4.1.5 开环S曲线实验结果 32
4.2 单一PID参数的闭环控制 32
4.2.1 单一PID参数匀加减速梯形图程序 32
4.2.2 单一PID参数匀加减速实验结果 35
4.2.3 单一PID参数的S曲线梯形图程序 36
4.2.4 单一PID参数的S曲线实验结果 38
4.3 分段PID的闭环控制 39
4.3.1 分段PID的匀加减速梯形图程序 39
4.3.2 分段PID的匀加减速实验结果 40
4.3.3 分段PID的S曲线梯形图梯形程序 40
4.3.4 分段PID的S曲线梯形实验结果 41
结论 43
致谢 44
参考文献 45
第一章 绪论
1.1 研究背景
最早在1968年替换继电器控制装置的控制方式的被美国通用汽车公司提出。仅在一年之后，世界上第一台PLC（即第一代可编程逻辑控制器）就被开发出来并在生产线上成功的试用。这是一台由美国的数字设备公司开发的运用程序化手段来控制电器的PLC叫做PDP1。
PLC在实现实用化发展以及计算机技术的引入实在20世纪的70年代中末期，这一时期的PLC功能出现了大步的发展。具备了之前许多不具有的功能，PLC的体积已经超小型同时具备更高的抗干扰性和更快的计算速度。
到了20世纪的80年代初，PLC已经进入成熟阶段，其产量与日俱增，同时生产PLC的国家越来越多并在许多发张中国家别普遍使用。
到了20世纪末，PLC使用更加具有便利性。PLC发展了出了超小型机以及大型机，同时发展出了许多具有特定功能的单元，人机界面更加优化。PLC更加符合工业发展的需要，使用PLC控制工业设备更加简便。
AllenBradley Micro850系列的PLC和PowerFlex525变频器作为罗克韦尔旗下的重要产品，具有结构稳定、性能优越、响应速度快，可以完全适用于小型控制系统。
1.2 研究目的及意义
本课题的研究目的是为了验证AB PLC以及变频器采用不同的控制方法对滚珠丝杠滑台系统产生的不同响应情况。
为了应对滚珠丝杠在启动和停止过程中产生的冲击、超调和振荡等问题，同时加强滚珠丝杠的柔性，本文中分别采用S曲线理论和分段PID算法，考察滚珠丝杠在开环、单一PID参数闭环和分段PID参数的闭环下丝杠的控制的稳定性以及其作出响应的速度。
1.3 研究现状
自1952年第一台数控系统产生，进过五十多年的发展，现今的数控技术更加数字化以及其功能越来越复合，同时现今的控制系统具有开放性。在航空航天、汽车以及国防工业中，现今数控技术以其运行速度的高速化、控制的智能化、对于产品加工精度高以及在伺服控制中具有很高的性能，数控机床越来越被广泛使用。同时在装备制造业中，数控机床也展现出了其越越明显的重要性。整个社会工业生产中对于中高档的数控机床的需求也急剧增加，这也刺激我国对于中高档的数控机床技术的发展。
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