Учебное пособие Харьков 014 удк

179
– разработка интеллектуальных сенсоров мехатронных модулей, 
которые кроме функций измерения осуществляют компьютерную 
обработку и преобразование сигналов.
Рассмотрим тенденции и способы технической реализации уст-
ройств компьютерного управления (УКУ) в современных мехатрон-
ных модулях.
Контроллеры движения. 
Первое из указанных направлений заключается в создании 
нового поколения компьютерных устройств, позволяющих пользова-
телю гибко и быстро решать весь комплекс задач управления 
движением модуля. 
Укрупненно задачу управления движением мехатронных систем 
можно разделить на две основные части: планирование движения и 
его исполнение во времени. Задачу планирования движения и 
автоматизированного формирования программы управления решает 
компьютер верхнего уровня, который получает задание от человека-
оператора. Функцию расчета и выдачи управляющих сигналов 
непосредственно на исполнительные приводы выполняет контроллер 
движения. Таким образом, сочетание компьютера и контроллера в 
архитектуре УКУ является обоснованным с точки зрения разделения 
решаемых подзадач управления. Такая структура, как правило, 
применяется для многокоординатных мехатронных систем с 
интеллектуальными методами управления (рис. 5.33). 
Рис. 5.33. Структура системы управления движением 
В простейших модулях используют контроллеры, функции 
которых ограничены задачей управления механическим движением 
по одной координате (редко по двум). Необходимость их програм-
мирования непосредственно оператором на языке достаточно низ-

180 
кого уровня, малое количество каналов связи и ограниченный объем 
памяти делают эти контроллеры неперспективными.
Современные контроллеры обычно реализуют управление с 
обратной связью по положению и/или скорости управляемого меха-
нического объекта, т.е. мехатронная система управления является 
замкнутой на исполнительном уровне. Принцип разомкнутого управ-
ления в настоящее время используется только в системах управления 
шаговыми двигателями. Такие двигатели применяются, например, в 
графопостроителях, плоттерах, поворотных столах и других устрой-
ствах, которые не испытывают существенных возмущающих воз-
действий. В оборудовании автоматизированного машиностроения 
(металлорежущих станках, технологических роботах) обеспечить 
приемлемую точность движения можно только используя замкнутые 
системы управления. 
Для реализации функциональных движений контроллеры 
имеют также дополнительные входы/выходы для связи с внешним 
оборудованием. Как правило, это дискретные сигналы ввода/вывода. 
В промышленных системах автоматики для связи с оборудованием 
широко применяются программируемые логические контроллеры 
(ПЛК). При этом обмен информацией между контроллерами управ-
ления движением и ПЛК возможен через блок дискретных входов/ 
выходов. 
Наиболее распространены два метода формирования контрол-
лером управляющих сигналов для силового преобразователя: 
– аналоговые командные сигналы; 
– модулированные управляющие сигналы. 
Для формирования аналоговых управляющих сигналов необхо-
дим цифро-аналоговый преобразователь, который выдает электри-
ческие напряжения (обычно от –10 В до +10 В). С энергетической 
точки зрения выгодным считается метод широтно-импульсной моду-
ляции (ШИМ) при управлении силовыми ключами преобразователя. 
При создании интеллектуального мехатронного модуля возмож-
ны два базовых варианта архитектуры УКУ: 
– использование компьютера верхнего уровня и контроллера 
движения как отдельных устройств, соединенных стандартным ин-
терфейсом (в этом случае контроллер является внешним блоком по 
отношению к компьютеру); 
– моноблочная структура, когда контроллер аппаратно устанав-
ливается внутрь компьютера («встраиваемый контроллер»). 

181
Данные аппаратные схемы имеют различные области пред-
почтительного применения. Архитектуру типа «внешний контрол-
лер» целесообразно использовать в больших мехатронных системах, 
состоящих из нескольких многокоординатных управляемых машин 
(станков, роботов, вспомогательного оборудования). В таких систе-
мах компьютер выполняет функции сервера, решая задачи плани-
рования движений, диспетчеризации и управления работой всех 
контроллеров комплекса. Архитектура на базе встраиваемых конт-
роллеров ориентирована на задачи управления движением несколь-
ких мехатронных модулей, входящих в состав, как правило, одной 
мехатронной системы. 
Рассмотрим блок-схему УКУ с «внешним контроллером» 
(рис. 5.34). Гибкость управления обеспечивается применением мик-
ропроцессора. Планирование функциональных движений осуществ-
ляется оператором на компьютере верхнего уровня с использованием 
пакетов прикладных программ. Компьютер выполняет также автома-
тическую генерацию команд для контроллера, которые поступают на 
исполнение через стандартный интерфейс. Эти команды задают 
желаемые законы изменения во времени положения, скорости и 
ускорения вала исполнительного двигателя.
Рис. 5.34. Блок-схема контроллера движения 
Архитектура типа «встраиваемый контроллер» заключается в 
использовании персонального компьютера (PC) в качестве аппарат-
ной платформы устройства управления движением. Это позволяет 
сочетать функции планирования и управления функциональными 
движениями мехатронными модулями и системами, сбора и обработ-
ки информационно-измерительных данных в едином устройстве. 

182 
Важным достоинством такого подхода с точки зрения пользователя 
является интеграция стандартных операционных систем и програм-
мных продуктов с системами программирования движений. Объеди-
нение управляющих компьютеров в сеть дает возможность создавать 
распределенные управляющие комплексы для задач автоматизации 
производственных ячеек, цехов и предприятий. При этом модульная 
архитектура на базе PC промышленного исполнения гарантирует 
эффективную защиту аппаратной части от тепловых, вибрационных 
и других воздействий производственной среды. 
Технически встраиваемые контроллеры движения выпускаются 
в виде специальных плат, устанавливаемых в дополнительный слот 
PC. Обмен данными между контроллером и PC осуществляется через 
стандартную шину адреса и данных. На плате контроллера также 
имеются необходимые разъемы для подключения силового преобра-
зователя привода, датчиков обратной связи (аналоговых и цифро-
вых), внешних устройств с дискретным входом/выходом. 

жүктеу/скачать 23,07 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: