基于PLC的機器人伺服控制系統

1 引 言

　　目前，工業(yè)機器人關(guān)節主要是采用交流伺服系統進(jìn)行控制，本研究將技術(shù)成熟、編程方便、可靠性高、體積小的SIEMENS S-200可編程控制器 ，應用于可控環(huán)流可逆調系統，研制出機器人關(guān)節直流伺服系統，用以對工業(yè)機器人關(guān)節進(jìn)行伺服控制。

　　2 工業(yè)機器人關(guān)節直流伺服系統

　　工業(yè)機器人關(guān)節是由直流伺服電機驅動(dòng)，通過(guò)環(huán)流可逆調速系統控制電機的正反轉來(lái)達到對工業(yè)機器人關(guān)節的伺服控制的目的。

　　2.1 控制系統結構

　　系統采用SIEMEN S7-200型PLC， 外加D/A數模轉換模塊，將PLC數字信號變成模擬信號，通過(guò)BT—I變流調速系統(主要由轉速調節器ASR、電流調節器ACR、環(huán)流調節器ARR，正組觸發(fā)器GTD、反組觸發(fā)器GTS、電流反饋器TCV組成)驅動(dòng)直流電機運轉，驅動(dòng)機器人關(guān)節按控制要求進(jìn)行動(dòng)作。系統結構如圖1所示。

　　圖1 機器人關(guān)節直流伺服系統結構示意圖

　　2.2 系統工作原理

　　系統原理如圖2所示，可控環(huán)流可逆調速系統的主電路采用交叉聯(lián)接方式，整流變壓器的一個(gè)副邊繞組接成Y型，另一個(gè)接成△ 型，2個(gè)交流電源的相位錯開(kāi)30°，其環(huán)流電壓的頻率為l2倍工頻。為了抑交流環(huán)流，在2組可控整流橋之間接放了2只均衡電抗器，電樞回路中仍保留一只平波電抗器。

　　控制電路主要由轉速調節器ASR、電流調節器ACR、環(huán)流調節器ARR， 正組觸發(fā)器GTD、反組觸發(fā)器GTS、電流反饋器TCV組成(見(jiàn)圖2)，其中2組觸發(fā)器的同步信號分別取自與整流變壓器相對應的同步變壓器。

　　圖2 工業(yè)機器人關(guān)節直流伺服系統原理圖

　　系統給定為零時(shí)，轉速調節器ASR、電流調節器ACR被零速封鎖信號鎖零。此時(shí)，系統主要由環(huán)流調節器ARR組成交叉反饋的恒流系統。由于環(huán)流給定的影響，2組可控硅均處于整流狀態(tài)，輸出的電壓大小相等、極性相反，直流電機電樞電壓為零，電機停轉，輸出的電流流經(jīng)2組可控硅形成環(huán)流。環(huán)流不宜過(guò)大，一般限制在電機額定電流的5%左右。正向啟動(dòng)時(shí)，隨著(zhù)轉速信號Ugn的增大，封鎖信號解除，轉速調節器ASR輸正， 電機正向運行。此時(shí)，正組電流反饋電壓+Ufi2反映電機電樞電流與環(huán)流電流之和; 反組電流反饋電壓-Uril反映了電樞電流， 因此可以對主電流進(jìn)行調節。而正組環(huán)流調節器輸入端所加的環(huán)流給定信號-Ugih和交叉電流反饋信號-Ufil對這個(gè)調節過(guò)程影響極小。反組環(huán)流調節器的輸入電壓為(+Uk)+(-Ugih)+(Ufi2)，隨著(zhù)電樞電流的不斷增大，當達到一定程度時(shí)，環(huán)流自動(dòng)消失，反組可控硅進(jìn)入待逆變狀態(tài)。反向啟動(dòng)時(shí)情況相反。另外，可控環(huán)流可逆調速系統制動(dòng)時(shí)仍然具有本橋逆變，反接制動(dòng)和反饋制動(dòng)等過(guò)程。由于啟動(dòng)過(guò)程也是環(huán)流逐漸減小的過(guò)程， 因此， 電機停轉時(shí)，系統的環(huán)流達最大值。環(huán)流有助于系統越過(guò)切換死區，改善過(guò)渡特性。