基于Motionchip的直流無刷伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　加氫反應(yīng)器剝離成像系統(tǒng)的控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個二維的運(yùn)動控制平臺，從系統(tǒng)要求的性能指標(biāo)來看，控制系統(tǒng)需要滿足如下指標(biāo)：

　　·水平掃查速度可達(dá)6mm/s無級可調(diào)；垂直掃查速度達(dá)300mm/s無級可調(diào)；

　　·能夠?qū)崿F(xiàn)粗掃查和精密掃查，對指定的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)精密掃查；

　　·系統(tǒng)的控制方式分為手動/自動，兩者之間可以切換；

　　·X軸（水平）和Y軸（垂直）2個方向上的運(yùn)動誤差≤±1mm。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　由此選擇了上述設(shè)計(jì)的運(yùn)動控制系統(tǒng)，具有體積小，性能高，控制簡單，價格低，但是每個只能控制一個電機(jī)。若要兩臺電機(jī)協(xié)同控制，則須通過 RS485總線將其連接起來。控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。X向電機(jī)用來控制絲杠的運(yùn)動：選用EC-max32，無刷70W+減速器為行星輪減速箱（速比為23，型號為GP 32C）+碼盤（三通道500線）。Y方向電機(jī)用來控制探頭的運(yùn)動，采用RE-32，有刷80W+減速器為行星輪減速箱，型號為GP42C（速比為 33）+碼盤（三通道500線）。圖5示出硬件連接圖。

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　控制系統(tǒng)的軟件是基于Vc++和MotionChip的動態(tài)鏈接庫設(shè)計(jì)的，軟件主要完成對探頭位置的運(yùn)動控制，如圖6。

　　用戶操作界面功能有：

　　·參數(shù)設(shè)置與顯示模塊主要是設(shè)置一些系統(tǒng)參數(shù)（如掃查長度，探測寬度）和控制參數(shù)（如速度參數(shù)、加速度參數(shù)等）；

　　·任何時刻，控制程序都時刻監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，隨時對系統(tǒng)故障做出相應(yīng)的處理。

　　軟件部分包括X向運(yùn)動和Y向的掃查運(yùn)動，數(shù)據(jù)存儲及處理，手動控制，故障處理，運(yùn)動狀態(tài)顯示及故障顯示等。操作界面（GUI）給予清晰、簡單的用戶界面，方便用戶調(diào)試、運(yùn)行，同時能夠?qū)⑺欧?qū)動器傳遞過來的信息顯示出來，便于監(jiān)控。任務(wù)編程模塊將要實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)的規(guī)劃，如X軸向和Y軸向運(yùn)動等，包括故障查詢、處理。

　　運(yùn)行效果

　　智能伺服驅(qū)動器性能的好壞直接決定整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗，為此用一直流電機(jī)對驅(qū)動器進(jìn)行測試，電機(jī)的電流和位置誤差如圖7（a）、（b）所示，從圖7中可以看出，驅(qū)動器的響應(yīng)時間只有0.12s，位置誤差很小。通過對通訊速度及上位機(jī)控制命令的測試顯示，在實(shí)時性要求不是非常嚴(yán)格的情況下，以RS232串口或者485串口的通訊速率是完全可以滿足系統(tǒng)需求的。

　　結(jié)語

　　本文基于一類新穎的專用伺服控制芯片Motionchip，進(jìn)行了伺服控制器設(shè)計(jì)和實(shí)踐研究，并設(shè)計(jì)了一個功能較為完善的直流無刷伺服驅(qū)動器的原型。將該控制器運(yùn)用到加氫反應(yīng)器超聲檢測成像系統(tǒng)中對二維的運(yùn)動進(jìn)行控制，保證了整個系統(tǒng)取得良好的性能。Motionchip這種多功能專用的運(yùn)動控制芯片不僅簡化了整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，而且具有很好的開放性和網(wǎng)絡(luò)性，對中小型項(xiàng)目是非常理想的設(shè)計(jì)方案。