单轴位置控制系统设计
单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计
单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计引言：太阳能光伏发电已经成为可再生能源中最受关注的一种技术。
光伏发电效率受到太阳光照的影响，传统的固定光伏发电系统效率较低。
为了优化光伏发电系统的效率，设计了一种单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统，能够根据太阳位置自动调整光伏板的角度，最大限度地提高太阳能的利用效率。
一、系统工作原理：该单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统由光敏电阻、测量电路、控制电路和执行机构组成。
光敏电阻负责感应太阳光照强度，传递给测量电路进行电信号转换。
控制电路接收到转换后的信号，并与事先设定的峰值进行比较。
然后，根据比较结果来控制执行机构，使光伏板按需自动调整角度。
二、光敏电阻的选择：光敏电阻是该系统中最重要的一个元件，因为它直接影响到系统的准确度和稳定性。
在选择光敏电阻时，需要考虑以下因素：光敏电阻的特性曲线、光敏电阻的响应时间、光敏电阻的阻值范围等。
一般建议选择具有较高灵敏度和稳定性的光敏二极管。
三、测量电路设计：测量电路的作用是将光敏电阻的电信号转换为适合控制电路处理的电信号。
测量电路一般由信号放大器、滤波器和模数转换器构成。
信号放大器用于放大光敏电阻产生的微弱电信号，滤波器用于去除噪声和杂散信号，模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号。
在设计过程中，需要合理设置放大系数和滤波参数，以确保测量电路的准确性和稳定性。
四、控制电路设计：控制电路是系统的核心部分，其功能是根据光敏电阻测量电路输出的信号，与事先设定的峰值进行比较，并根据比较结果来控制执行机构进行角度调整。
控制电路一般由比较器、运算放大器和逻辑电路构成。
比较器用于将输入信号与参考信号进行比较，运算放大器用于放大比较结果的差别，逻辑电路用于判断角度调整方向，并控制执行机构的运动。
五、执行机构设计：执行机构是该系统中最关键的部分，其功能是根据控制电路的指令，使光伏板按需自动调整角度。
常见的执行机构有两种：电动执行机构和气动执行机构。
单轴运动的概念及操作步骤
单轴运动是物体沿着一个轴线进行直线运动的过程。
在机械控制和运动控制中，单轴运动广泛应用于各种工业设备和机械系统中。
下面是单轴运动的一般操作步骤：
确定运动轴和方向：首先确定需要进行单轴运动的轴线，以及该轴线上的正方向。
这可以根据设备的设计和要求来确定。
设置速度和加速度：根据具体应用的需求，设定单轴运动的速度和加速度参数。
速度控制了物体在单位时间内运动的距离，而加速度则控制了物体的加速或减速过程。
设置运动模式：选择适合应用的运动模式，例如恒速运动、加速度运动、减速运动等。
这取决于物体的运动需求和应用场景。
启动运动：通过控制器、电机或其他控制设备，启动单轴运动。
可以通过按钮、开关或者计算机界面来实现控制。
监控和调整：在运动过程中，监测物体的运动状态和位置，根据实际需求进行调整。
可以通过传感器、编码器或其他测量设备来获取物体位置和速度信息，并进行闭环控制。
停止运动：在达到预定的位置或者时间后，停止单轴运动。
可以通过控制设备断电、减速或者切换到其他运动模式来实现停止。
需要注意的是，单轴运动的具体实施和操作步骤可能因设备和系统的不同而有所差异。
以上仅为一般概述，具体操作步骤应根据实际情况进行调整。
单轴控制器使用手册
单轴运动控制器操作手册目录一与外部驱动器及IO（输入输出）接线图 (4)二用户管理操作 (5)三系统参数设置 (6)四IO（输入输出）设置 (7)五系统自检操作 (10)六手动操作 (12)七编程操作 (14)八自动执行 (17)九指令详解 (18)十电子齿轮计算及公式 (20)十一编程案例 (23)十二常见问题及处理 (28)一与外部驱动器及IO（输入输出）接线图1.控制器与步进驱动器或伺服驱动器的连接（红色线为1号线）2.IO（外部开关及继电器）的接线图（红色线为1号线）注：因输入采用低电平有效，若选用光电开关，则需要选择NPN型。
二用户管理操作注意：所有重要参数只有用户登录以后才可修改保存。
防止他人随意更改参数，影响加工质量。
从主画面进入参数设置，并进入用户管理，进行密码输入。
输入用户密码，按确认键，若输入正确，则提示“用户登陆成功”，否则提示“密码错误，请重新输入”。
用户密码出厂值为“123456”。
用户登录成功后，则可进行加工参数的修改保存。
否则加工参数不可修改保存。
若进入此界面后，提示“用户已登录！”，表示用户登录成功。
然后直接按退出按键，对系统参数及IO设置进行编辑，编辑完成，再次进入用户管理，并选择用户退出，按确认键，当前参数设置里的内容全部不可更改。
若需要修改，再次进入用户管理进行登录。
注：用户密码可以修改。
但是必须要记忆下新设的密码，否则加工参数将不可修改保存。
三系统参数设置从主界面的参数设置里进入系统参数，通过移动光标，对光标所在位置进行数据修改。
共分两屏，按“上页”“下页”键切换。
控制参数修改完毕可进入速度参数界面进行速度的参数修改，共2屏，修改方式同上。
修改完成后，按参数保存进入参数保存界面，按确认键对当前修改完成的数据进行保存。
若保存成功则提示“参数保存成功”。
注：加工过程中禁止进行参数保存。
按空格键，可将当前参数值清零。
当设定的速度值小于启动速度时，则速度值为启动速度。
码垛机单轴功能HMI界面设计及调试
任务三：码垛机单轴功能HMI界面设计及调试
二、HMI界面设计
4. 关联变量
（3）“反转启动”按钮按下功能设置为“置位 位” ，关联PLC中的“反转启动”变量 （4）“反转启动”按钮释放功能设置为“复位 位” ，关联PLC中的“反转启动”变量
任务三：码垛机单轴功能HMI界面设计及调试
二、HMI界面设计
基本对象：不是功能性元件，只是用来显示变量的变化 ➢ 线、圆、椭圆、矩形：可以用来指示变量的状态变化
（动态化闪烁和颜色变化）（位，字节，字，双字） ➢ 文本域：解释说明的作用 ➢ 图形：可以用作背景
任务三：码垛机单轴功能HMI界面设计及调试
二、HMI界面设计
2. 添加按钮
元素：功能性元件，产生事件 ➢ .符号IO域：根据变量值的变化显示不同的文字 ➢ 图形IO域：根据变量值的变化显示不同的图片 ➢ 按钮：画面切换（单击），直接控制“位”（按下+释放）
（位） ➢ 开关：作用类似按钮，但是具有开关作用，开的时候置位位，
关的时候复位位（打开+关闭）（位） ➢ IO域：输入/出域，可以改写变量的值同时显示变量值（字节，
字，双字）
任务三：码垛机单轴功能HMI界面设计及调试
二、HMI界面设计
2. 添加按钮
在“坐标轴X”画面中添加3个 按钮，分别为正转启动、反转启动 和停止。
4. 关联变量
（5）“速度”输入框 ，关联PLC中 的“速度百分比”变量，属性设置 显示格式。
任务三：码垛机单轴功能HMI界面设计及调试
三、程序调试
1. 下载程序 下载程序到控制中，监控程序运行
2. 触摸屏上输入速度百分比，查看程序 中速 度的输出值 3. 变频器使能保持输出状态
数控机床实验报告——单轴电机运动控制
数控机床实验报告——单轴电机运动控制实验姓名：学号：一实验目的理解运动控制系统加、减速控制的基本原理及其常见实现方式（T曲线模式、S曲线模式），理解电子齿轮的相关概念和应用范围，掌握实现单轴运动各种运动模式的方法和设置参数的含义二实验设备1.四轴运动开发平台2.GT-400-SV卡一块3.PC机一台三实验步骤3.1 S曲线模式运行实验1. 打开运动控制平台实验软件，点击界面下方“单轴电机实验”按钮，进入单轴运动控制实验界面；2. 在电机选择栏中，选择“1轴”为当前轴，电机控制模式设置为“模拟电压”，表示控制信号为模拟电压；3. 在控制模式选项卡中点击“S曲线模式”，设置S曲线模式参数如下：加加速度 0.0001 Pls/ST^3加速度 0.03 Pls/ST^2速度 10 Pls/ST目标位置 60000 pulse4. 点击开启轴按钮，使电机伺服上电，确认参数设置无误后，点击运行按钮，此时观察到运动控制平台上电机开始运动；5. 单轴运动停止后，观察界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲线，曲线如下图（图1）所示。
6. 改变加加速度的参数值，设置参数如下：加加速度 0.001 Pls/ST^3加速度 0.03 Pls/ST^2速度 10 Pls/ST目标位置 60000 pulse7.开启轴，运行电机，界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲线如下图（图2）所示。
8.改变加速度的参数值，设置参数如下：加加速度 0.0001 Pls/ST^3加速度 0.2 Pls/ST^2速度 10 Pls/ST目标位置 60000 pulse9. 开启轴，运行电机，界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲线如下图（图3）所示。
图1 S曲线模式（加加速度0.0001 加速度0.03）10. 比较并分析不同参数设置对S 曲线运动模式的影响。
① 改变加加速度，比较图1与图2，速度-时间曲线中，当加加速度越大时，加速和减速的时间越短，加速度-时间曲线的峰值越大，速度突变越明显，越容易发生刚性冲击。
运动控制系统—CBB规划
表现形式
PCB、文档
文档
PCB、文档
文档 PCB、程序代码、
文档 文档 技术文档
软件、文档 技术文档 PCB、软件、文档 PCB、文档 软件、文档
数字滤波算法；系统的量测噪声及消除；消除量测噪声的滤波器设计
软件、文档
消除尖峰干扰；最小方差控制
利用网络的远程控制系统的实现（软件实现方式；硬件实现方式）
分解器： RDC转换器；分解器误差和多速分解器 电荷耦合图像传感器
激光式数字传感器：激光相位调制式传感器；干涉条纹的辨向和细分技术 位置和速度传感器的选型办法 可编程逻辑控制器 微处理器、数字信号处理器 通用运动控制器 运动控制器的选型原则和办法
速度最优化设计文档；齿轮速率最优化设计文档 闭环伺服系统性能分析文档 闭环伺服系统的设计文档
电机正反向线性模型辨识、电机非线性摩擦力矩模型辨识文档 PID控制实现（离散化的PID控制律、选择PID控制器参数）模块
PD 串联校正、速度负反馈和复合控制实现方式的选用办法 测速电机直接模拟量负反馈模块
测速电机测量电压A／D转换后的速度负反馈模块 光电编码器位置信号差分近似速度反馈模块
多自由度机械臂实验平台（二、三、四、五、六） 机械臂工作空间分析、机械臂运动学解求解及软件实现 坐标空间运动路径规划算法、直线插补和圆弧插补方法与实现
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
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类型划分 执行电机、驱动
器
传感器模块
控制器模块 运动控制系统设 计文档和技术总
实验五 步进电机单轴定位控制实验
方向信号 (a) 脉冲＋方向 (b) 正脉冲＋负脉冲 实验五 步进电机单轴定位控制实验一、实验目的1. 学习和掌握步进电机及其驱动器的操作和使用方法；2. 学习和掌握步进电机单轴定位控制方法；3．学习和掌握PLC 单轴定位模块的基本使用方法。
二、实验原理步进电动机是一种将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移量的机电执行元件，即步进电动机输入的是电脉冲信号，输出的是角位移或直线位置。
每给一个脉冲，步进电动机转动一个角度，这个角度称为步距角。
运动速度正比于脉冲频率，角位移正比于脉冲个数。
步进电动机典型控制系统框图如图1-2-9所示。
图1-2-9 步进电动机典型控制系统框图位置控制单元可根据需要的频率和个数以及设定的加减时间控制步进电动机运动。
由于步进电动机需要正反转运动，因此定位单元的输出脉冲形式有“脉冲＋方向”和“正脉冲＋负脉冲”两种，它们均可控制步进电动机正反转运动。
输出脉冲形式通过参数设定来选择。
其脉冲形式如图1-2-10所示。
图1-2-10 定位模块的两种输出脉冲形式频 率 （HZ ） 脉冲数（PLS ） f 1S 2 S 3S 1由于步进电动机的电磁惯性和所驱动负载的机械惯性，速度不能突变，因此定位模块要控制升降频过程。
步进电机升、降频过程如图1-2-11。
一般情况下，S 2＝S 3。
图 1-2-11 步进电机升、降频示意图其中：f 1——设定的运行频率，应小于步进电动机的最高频率；S 1——设定的总脉冲个数；S 2——升频过程中脉冲个数，由加速时间和运行频率确定；S 3——降频过程中脉冲个数，由减速时间和运行频率确定。
步进电动机驱动器将位置定位模块的输出脉冲信号进行分配并放大后驱动步进电动机的各相绕组，依次通电而旋转。
驱动器也可接受两种不同形式的脉冲信号，通过开关来选择，定位模块和驱动器的脉冲形式要相同。
另外，为了提高步进电动机的低频性能，驱动器一般具有细分功能，多个脉冲步进电动机转动一步，细分系数一般为1、2、4、8、16、32等几种，通过拨码开关来设定。
单轴转台伺服控制系统电路设计
关 键 词 ： 轴 转 台 ：永磁 同步 电机 ； 能 功 率模 块 ； Ｒ Ｋ ０ 单 智 ＩＭＣ ２ ３
中 图分 类 号 ： Ｐ ９ ； Ｍ３ １ Ｔ ３ １Ｔ ４ 文献标识码 ： Ａ
３ 硬 件 设 计
图 １为 基 于 Ｉ Ｍ Ｋ ０ Ｒ Ｃ ２ ３的 永 磁 同 步 电 机 伺 服 控 制 系 统 结构原理图 。
整 个 系 统 由主 电路 、 制 电路 和 辅 助 电路 组 成 。其 中 主 控
Ｆ ｇ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｏ ｈ ｅ ｖ ｏ ｔ ｌｓ ｓｅ ｆ ｒＰＭＳ ｉ ．１ ｔｕ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｓ ｒ ｏ ｃ ｎ ｒ ｙ ｔ ｍ ｏ ｏ Ｍ
算 、 ｌｒ 换 等 闭 环 控 制 所 需 的 所 有 功 能 单 元 ． 有 功 能 全 Ｃ ａｋ变 所
调节器参数 、 电流 反 馈 范 围 、Ｗ Ｍ 载 频 等 ） Ｐ 和监 视 系统 状 态 。 因 此 ， 课 题 将 Ｉ ＭＣ ２ ３作 为 主 控 芯 片 进 行 永 磁 同 步 本 Ｒ Ｋ０ 电机伺服控制系统的硬件和软件设计 。
电路 由 电 源 模 块 、功 率 驱 动 电 路 和 永 磁 同 步 电 机 等 组 成 ； 控 制 电 路 由 Ｔ Ｓ ２ Ｆ ８ ２ Ｄ Ｐ和 Ｉ Ｍ Ｋ ０ Ｍ ３ ０ ２ １ Ｓ Ｒ Ｃ ２ ３以及 外 围 电 路 联
三 相 驱 动 电源 输 入 端 Ｖ Ｆ Ｖ Ｆ Ｖ Ｂ与 驱 动 电 源 Ｇ Ｄ Ｕ Ｂ、 Ｖ Ｂ、 ＷＦ Ｎ
ａ ｃ ｕ ｔ ｒ ｎ ＲＭＣ ０ ｓ ｓ ｒ ｏｃ ｎ ｒ ｌ ｒｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ｈ ｓｐ ｐ ｒ Ｔ ｅ ｔ ｅ ｈ ｒ ｗ ｒ ｎ ｏｔ ａ ｅ ａ ｅ ｄ ｓｇ ｅ ａ ｅ ｓ ｔａｏ ｄＩ ａ ａ Ｋ２ ３ ａ ｅ ｖ ｏ ｔ ｌ ｒ ｐ ｓ ｄ ｉ ｔｉ ａ ｅ ． ｈ ｎ， ｈ ａｄ ａ ｅ ａ ｄ ｓ ｆ ｒ ｒ ｅ ｉｎ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏｅ ｓ ｎ ｗ ｏ ｅＰ ２ ８ ７ Ｉ Ｍ ｎ ＲＭＣ ０ ． ｎｔ Ｓ １ ６ ｈ Ｐ ａ ｄＩ Ｋ２ ３
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1．单轴位置控制系统设计
1.1. 基本控制要求
该单元有电机带动轴运动,气泵产生气体带动气缸（用气缸模拟机械手）上下运动和吸附物块组成。
电机带动轴的左移Y0和右移Y1。
轨道有三个接近开关(1、2、
3)定位三个工位, 气缸由电磁阀控制进气和出气，实现气缸的上升和下降(Y2)，
吸附开关X3控制吸附物块(Y3),设计有手动和自动控制部分,可以通过开关X14选择控制方式。
1.1.1.手动控制要求
通过X14开关选择手动控制方式，通过控制面板来控制，手柄控制气缸向左X16、向右X17移动，气缸的上X4和X5下通过面板旋钮控制，物块的吸附通过面板旋钮
X3控制，来完成物块在三个工位上的移动。
1.1.
2.自动控制要求
通过X14开关选择自动控制方式，按复位按钮，气缸回到工位1，按启动按钮后，气缸下降吸附物块，然后上升，再从工位1移动到工位2，再下降，释放物块回升气缸，4秒过后气缸下降吸附物块从工位2移动到工位3，再下降释放物块回升气缸，4秒后再下降吸附物块从工位3移动到工位1，下降释放物块回升气缸，工作全部完成，气缸停止在工位1。
1.2.硬件设计
1.2.1 I/O地址分配表
根据对单轴运动控制系统的分析，分配对应的I/O口，I/O地址分配表如表XO 急停按钮X11 停止按钮X1 位置1 X12 右移
X2 位置2 X13 手动
X3 位置3 X14 吸附
X5 吸附/松开X15 上移
X6 上位X16 下移
X7 下位X17 左移
X10 启动按钮
表1.2.1.1 PLC输入设备
Y4 吸附控制
Y10 上升控制
Y11 下降控制
Y2 左移控制
Y3 右移控制
Y6 启动控制
Y5 停止控制
Y7 复位控制
表1.2.2.2PLC输出设备
1.2.2I/O接线图
图1.2.2 I/O接线图
如上图1.2.2所示，根据对单轴运动控制系统的地址分配表，分配对应的I/O接线图，画出运料单轴运动控制系统的I/O接线图。
为单轴运动控制系统的I/O接线图。
1.3程序设计图
图2.3.1
图2.3.2
图2.3.3
图2.3.1、 2.3.2、 2.3.3所示，为单轴运动控制程序SFC块形图。
程序分析：如图2.3.1所示，M8002初始化将Y6置位，当X13接点闭合时，为手动操作，可通过按钮X12，X15,X16和X17来移动，当X13接点未闭合时即为自动控制，此时，按下启动按钮X10系统开始进行自动控制模式运行，如图2.3.2所示：S0初始化准备运行，此时运行灯打开，而停止灯熄灭。
此后无论在何处开始运行，当到达下一位置时位置接点接通，使S11置位，输出下移动作,X7为下限，直至X7接通，S12置位，执行松开动作，防止动作过快增加延时（可根据要求或实际情况不同修改延时时间）。
若从原位即位置1开始,先下放后吸附，吸附之后继续向位置2移动，到达位置2时，位置2的行程开关闭合，开始执行下放、松开、上升然后经过延时后再下降、吸附、上升等一系列动作，接着继续向位置3运行，直到完成和前面一样的过程后开始返回；
X0为急停按钮，按下后，无论运行在什么位置均会停止。
当按下停止按钮X11,停止自动运行模式完成后，系统进入自动复位模式，如图2.3.3所示。
M0为复位完成标志，可在图2.3.2中看到。
X13为手动按钮，按下后可执行手动模式X15、X16、X17、X12、X14分别为控制上、下移动，左、右移动和吸附/松开的接点，Y10、Y11、Y2、Y3、Y4分别为表示输出上、下移动，左右移动和吸附/松开。
主要参考文献
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