
六自由度運動模擬平臺廣泛應用于機床行業、機器人領域、 航空航海運動模擬器、空間宇航器對接、大型射電望遠鏡的軌跡精密控制等領域。 六自由度并聯方式的運動模擬平臺具有剛度大、承載能力強、動態響應快等優點, 再配合以高精度的絲杠傳動,可以達到很高的控制精度, 目前高精度的運動平臺控制精度≤0.001mm。 公司可以承建不同規模的運動模擬平臺, 承載力在500kg以下的小型運動模擬平臺可以采用電動方式; 大型運動模擬平臺采用液壓驅動方式,承載能力可以達到幾十噸以上。 六自由度運動模擬平臺的運動描述采用兩個坐標系,如圖4-1所示,上平臺采用動坐標系OXYZ, 下平臺采用靜坐標系(又稱參考坐標系) 。選取動坐標系的坐標原點為負載物和上平臺的綜合質心, 垂直方向為Z方向,X方向和Y方向如圖所示。動坐標系固定在上平臺上。 六自由度平臺控制系統主要由控制器和控制軟件組成,控制器是控制系統的基本平臺,其性能決定了控制系統的運行速度、控制能力、和可靠性。 數字電動作動器是采用伺服電機進行驅動的,通過控制六個缸的位移和速度實現臺面的六自由度運動。 控制系統主要功能是對控制過程建模、解算、生成命令信號,然后發出指令控制臺面運動,同時接收各種反饋信號并機進行處理; 伺服控制軟件主要用于對控制信號進行設置,對反饋信號進行實時顯示、判斷處理和存儲; 同時對系統中的其它信息和運動狀態進行邏輯分析和判斷,以實現對系統的故障監測和處理。 控制系統的核心內容都是表現在控制軟件上,我們研發的運動控制軟件采用多級分層的結構方式,分成上位機和下位機, 上位機和下位機中又分成若干層,層與層之間采用固定的接口方式,使得每層相對于其他的業務層具有相對的獨立性, 這樣易于軟件的修改和功能升級等過程的操作。 上位機部分運行在PC或筆記本電腦上,主要負責數據顯示、繪圖、命令設置、參數設置、錯誤顯示等人機交互的功能; 下位機程序運行在控制器中,主要負責命令生成、數據收集、限值檢測、錯誤檢測、伺服執行等功能,上位機與下位機之間采用網線連接, 使用TCP/IP協議傳輸數據。 在上位機和下位機中分別設置了先后對應的通訊協議層和數據轉換層分別負責數據的打包解包以及轉換內部可識別的數據結構的功能。 上位機中軟件分為三層: 分別為通訊協議層、數據轉換翻譯層、界面交互層。通訊協議層負責為較底層負責下載命令值參數值、接收采集的數據、設備錯誤標識、 限值觸發標識;數據轉換層負責將下載的數據打包,轉換成通訊層的數據包,將接受的數據解開取出相應的內部可識別數據; 界面交互層負責將采集的數據顯示,提供用戶設置命令及參數的界面。 下位機軟件分為四層:分別為伺服執行、命令及數據收集層、數據轉換翻譯層、通訊協議層。 其中通訊協議層與數據轉換翻譯層與上位機一致。命令及數據收集層負責生成各作動器的命令信號(正弦、隨即信號,平臺解耦), 采集各傳感器數據,檢測并收集控制器的錯誤情況,檢查限值**限等情況;伺服執行主要負責執行命令設定、PID設定、前饋處理等伺服執行機構。 采用多級分層結構的好處是:獨立性好,每一層封裝相應的業務,當一層的業務發生變動調整時不影響其他層的業務; 可擴展性好,能夠方便的增加一層或者減少一層。 力控制模式 力閉環是力傳感器與命令信號之間進行比較,控制器以0.4ms的循環周期來檢測力傳感器與命令值之間的差值,伺服根據差值來調整電機的進給, 從而行成一個力閉環。 在力閉環中由于力傳感器本身有數值的波動, 該波動在閉環系統中會產生波動差值從而引起整個閉環系統按照波動不停的調整進給, 所以在力閉環的過程中需要加濾波來過濾傳感器的本身波動,從而減少波動對系統的影響。
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