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基于PLC的机器人本体设计(四)
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毕业论文范文题目:
基于PLC的机器人本体设计(四)
,论文范文关键词:
基于PLC的机器人本体设计(四)
基于PLC的机器人本体设计(四)毕业论文范文介绍开始:
要求,现 , (3.8)
可见全部满足要求。
(5)计算ACR的电阻和电容
取,则,
取。
,取 , (3.9)
,取 , (3.10)
按照上述参数,电流环可以达到动态指标为,因此满足设计要求。
3.5.3 转速环的设计
(1)确定时间常数:
1)电流等效时间常数为:
2), (3.11)
(2)ASR结构设计:
根据稳态无静差以及其它动态指标要求,按典型Ⅱ型系统设计转速环,ASR选用PI调节器,其转速传递函数为:
, (3.12)
(3)选择ASR参数
取h=5,则:
, (3.13)
, (3.14)
, (3.15)
(4)校验近似条件:
, (3.16)
1)要求:,现, (3.17)
2)要求: ,
现, (3.18)
由上可见满足要求。
(5)计算ASR电阻和电容
取,则
,
取。
, 取, (3.19)
,取, (3.20)
校验转速超调量:
, (3.21)
当h=5时,=81.2%, (3.22)
而, (3.23)
因此, (3.24)
可见转速超调量满足要求。
校验过度过程时间:
空载起动到额定转速的过度过程时间:
, (3.25)
可见满足设计要求。
3.6 控制系统仿真
利用MATLAB[12]软件对系统进行仿真,验证系统是否稳定。
3.7 双闭环直流调速系统仿真示意图
图3.8 转速波形图
根据以上Simulink[13]仿真波形图中可以看出电机转速十分稳定。符合要求。
第四章 壁面爬行机器人的控制系统设计
4.1 引言
控制系统是清洗爬壁机器人的核心部分,主要有PC机、PLC两大部分,主要任务是通过PLC完成爬壁机器人在壁面上的吸附使其不能发生滑落或倾覆、移动和清洗作业控制,机器人的爬行状态可以在上位机显示器上实时显示,并通过上位机操作控制。其总体结构如图
控制系统要求:
控制系统结构小型、轻量化
移动功能 由方向键配合加、减速键控制机器人的全方位移动
作业功能 由功能按键分别对、刷子、喷嘴动力装置,实现机器人在壁面上的相应作业
显示功能 操作的功能/状态可由上位机实时显示
遥控功能 上位PC机控制PLC
4.2 PLC的特点
4.2.1抗干扰能力强,可靠性高:
PLC是专为工业控制设计的[9],能适应工业现场的恶劣环境。在PLC的设计和制造过程中,采取了多层次抗干扰[14]以及精选元件等措施,使PLC的平均无故障时间在2万小时以上。而本机器人是为基本放置户外的壁面清洗爬行而设计的,环境较差,因此需要抗干扰能力强,可靠性高,所以PLC比较适合。
4.2.2易于操作和维护:
PLC的控制程序可通过其专用的编程器输入到PLC的拥护程序存储器中。编程器不仅能对PLC的工作进行监控,使PLC的操作以及维护都很方便。此外,PLC还具有很强大的自我诊断能力,能随时检查自身的故障,并显示给操作远,使得能够迅速检查、判断故障原因,这些特点使机器人对检修作业非常有利。即便除了问题,也能快速找到原因,尽快恢复正常工作。
4.2.3 PLC的功能:
PLC可以在现场的输入信号作用下,按照预先输入的程序,控制现场的执行机构按照一定的规律进行操作,它有多种功能如:逻辑运算、定时器功能、移位、加减运算、条件判别、分支、跳转、暂存、译码、编码、BCD数转换等功能,
4.2.4 PLC分类:
(1)根据I/O点数分类[14]:
PLC的输入、输出点数表明PLC可以从外部接收到多少输入量和向外部输出多少个输出量,实际上也就是PLC的输入、输出端子数。一般来说,点数多的PLC功能也相应较强。
I/O点数在265点以下的称为小型机,一般只有逻辑运算、定时、计数、位移等功能,适用于开关量的控制,可用它实现条件控制、定时/计数控制、顺序控制等。
I/O点数在265点至1024点的称为中型机,它除了具备逻辑运算功能,还增加了模拟量处理、算术运算、数据传送、数据通讯等功能,可以完成既有开关量、又有模拟量的复杂控制。
I/O点数在1024点以上的称为中型机,其功能更为完善,具有数据处理、模拟量调节、联网通讯、监视、记录、打印等功能,可以进行中断控制、智能控制、远程控制等,可用于大规模的过程控制,构成分布式系统控制或整个工厂的集散系统。
(2)根据结构、形状分类:
从结构和形状上看,PLC可分为整体式模块式两种。一般的小型机多为整体结构。这种结构的PLC,其电源、CPU、I/O部件等都集中配置在一起,有的甚至都装在一块印刷电路板上,结构紧凑、体积小、重量轻、价格低、容易装配在工业控制设备的内部,比较适合生产设备的单机控制,整体式PLC的缺点是主机的I/O点数固定,使用不够灵活,维修也不方便。
模块式结构的PLC各部分以单独的模块分开设置,如电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块、以及其他模块等。这种PLC通常由机架底伴联结各模块,底板上有若干插座,使用时,各种模块直接插如机架底板即可。这种PLC配置灵活、装配方便、易于扩展、可根据控制要求灵活配置各种模块、构成功能不同的各种控制系统,一般大型机PLC均采用这种结构。模块式PLC的缺点是结构比较复杂,各种插件比较多,价格也比较高。
(3)根据生产厂家分类
PLC的生产厂家很多,每家厂家的PLC,其点数、容量、功能各有差异,但都自成系列,指令以及外设上都兼容,因此在选择PLC时若选择同一系列的产品,则可以使系统构成容易、使用方便。比较有代表性的PLC有:日本立石(OMRON)公司的C系列,三菱(MIT—SUBISHI)公司的F系列、东芝(TOSHIBA)公司的EX系列、富士(FUJI)公司的NB系列、美国哥德(GOULD)公司的M84系列、美国通用电气(GE)公司的GE系列、德国西门子(SIEMENS)公司的S5系列等。
4.3 上位PC机与PLC通讯:
4.3.1 引言
PLC与个人计算机之间的通信一般是通过RS232C口进行的,信息交换的方式为字符串方式.运用RS232通道,容易配置一个与计算机进行通信的系统。将所有软元件的数据和状态由可编程控制器送入计算机,由计算机采集这些数据,进行分析及运行状态监测。用计算机改变可编程控制器设备的初始值和设定值,从而实现计算机对可编程控制器的直接控制,一旦确定了可编程控制器的控制指令格式,就能方便地与具有RS232C口并能输出字符串的计算机通信。
文中所研究的移动机器人是通过采用一台个人Pc+PLC可编程控制器的结构实现机器人控制,可以充分利用PLC的可靠性高、适应性好、接口功能强、体积小以及组态灵活等优点。
4.3.2 移动机器人控制功能要求
控制系统总体框图如图1所示,其结构采用了上下两级计算机系统完成对机器人的控制。机器人控制器采用了模块化的体系结构。整个硬件系统以工业Pc机作为机器人控制系统的硬件平台,通过PLC控制机器人各自由度的动作。上位PC机采用RS232端口PLC采用RS485端口与PLC之间通过端口转换器进行通信,采用主从应答方式。
图4.1 控制系统总体框图
上位PC机的主要任务是采集PLC中存储的被控对象运行状态参数,显示被控对象各部分的工作状态,通过A/D采集卡采集传感器信号,根据需要向PLC发出读/写命令,读数据时上位机通过通信口向PLC发出读数据命令,PLC响应命令并将数据准备好,上位机再次读通信I:1即可读到所需数据。写数据时,上位机通过通信I:1向PLC发布写命令及数据,PLC即可接收。PLC通信模块有多种上位机链接命令代码,微机通过向PLC发出不同的命令,可以灵活地对其位或字软设备以及特殊功能模块的缓冲区进行读写。
4.3.3 PLC功能要求
OMROM系列[15]PLC有用于读/写的上位机链接通信的命令,通过执行读/写命令,PLC可完成对被控对象各项功能的现场控制,开辟数据缓冲区,实时存储被控对象运行状态,供上位机查询。
4.3.4 PLC与上位PC机的通信协议
图4.2 上位机通讯程序流程框图
OMROM系列PLC的CPU内设有RS一485端口与个人计算机进行上位机链接通信。上位机链接通信是通过在上位机和PLC之间交换命令和应答实现的,在一次交换中传输的命令或应答数据称之为一帧,一个帧最多可包含131个数据字符。上位机程序流程框图(如图4.2)所示。
4.3.5 上位机发送命令格式
@号置于每个命令的开头,节点号设置在PLC的DM6648中,识别码和正文取决于传输的上位机链接命令。识别码设置2字符的命令代码,正文设置命令参数,终止符设置“ ”和回车(CHR$(13))两字符。表示命令结束。命令帧可以有最多l31个字符长,一个等于或大于132字符的命令必须分成若干帧。
为了保证通信的安全性,必须对传送的数据进行校验,采取的主要措施是:增加一个结构检查序列(FCS)字符。FCS是一个转换成2个ASCII字符的8位数据,这8位数据为从帧开始到帧正文结束(即FCS之前)所有数据执行“异或”操作的结果。每次接收到一帧,计算FCS,与帧中所包含的FCS作比较,从而检查帧中间的数据错误。如果两者不相等,则认为传输数据出错。将检验到的出错数据放弃,并立即给上位机发送反馈信号要求重新发送数据。
4.3.6 来自PLC的应答格式
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