基于PCI1240的光弹流实验机的速度控制

　　1 运动控制的要求

　　光弹流实验台主要用于弹性流体动压润滑状态下润滑油膜的测量，它利用多光束干涉测量法，研究球-盘接触下的弹流油膜随不同的卷吸速度、载荷等条件下的变化规律。 实验工况应尽量贴近工程实际。

　　在实际工程中， 组成机械系统的大部分润滑部件由于受到载荷、速度和轴向曲率随时间的变化而处于时变状态。 作为时变问题中一种重要的运动形式， 往复运动广泛存在于实际生产和机械零件中，例如气缸发动机中的活塞运动、冲压机中的冲头、牛头刨床中的刨刀等等。 对往复运动零部件润滑机理的研究则有利于减小摩擦、降低磨损、提高零件的使用寿命。

　　另外，机械系统中的急停也是一个重要的运动环节。 在急停过程中，如果加速度过大会形成明显的润滑副封油，形成过大的接触应力，从而对机器造成损伤。这使得光弹流实验台上往复运动以及多段停止等复杂工况的实现成为必然。

　　2 控制方案的确定

　　运动控制系统有多种上位控制方案，包括单片机系统、专业运动控制 PLC、PC 机和运动控制卡等。其中，“PC+运动控制卡”结构的控制系统功能稳定、开放性好，故用计算机作为上位控制级计算机，运动控制卡作为下位伺服控制级计算机，通过 PCI 等总线形式连接，实现高速数据传输及相应控制，实现对光弹流实验台的各种预定功能和动作。

　　PCI1240 运动控制卡是高性能四轴伺服 / 步进控制卡，该卡具有独立的四轴运动控制，每轴最高 4MHz 脉冲输出。它简化了步进和伺服运动控制，显著提高了电机的运动性能。 其采用了智能 MCX314 为核心芯片， 进阶应用提供了 Windows DLL 驱动程序，内建多种动作控制函数，编程者可通过调用其中的函数来满足复杂精确的运动需求。

　　从程序的可继承性和界面的友好性考虑， 采用 Visual Ba-sic 语言进行编程。

　　3 系统设计

　　3.1 硬件构成

　　运动控制系统组成图如图 1 所示。

　　本系统选用了三菱 HC-KFS43 交流伺服电机， 额定功率400W，额定转速 3000r / m，最大转速 4500r / m，额定转矩 1.3N·m，最大转矩 3.8N·m，带有 131072/r 增量式编码器。 其驱动器具有位置控制、位置-速度控制等六种控制方式，采用脉冲串输入指令。控制器采用研华 PCI-1240 四轴步进/脉冲伺服电机控制卡。

　　工控机采用研华 IPC-610H，其主要任务是执行参数计算、对伺服电机发控制脉冲信号、监视工作台运行状态以及进行紧急故障处理等。PCI1240 与 伺 服 驱 动器 MR-J2S40A 主 要 接 线如图 2。MR-J2S40A 交流伺服驱动器有三种驱动方式：CW/CCW 脉冲指令方式、正交脉冲指令方式和脉冲 / 方向方式。 伺服驱动器 SRV-ON 端由 PCI-1240 的通用输出端 XOUT4 控制 ，当伺服开信号(SRV-ON)接通时，驱动器被允许工作，电机保持励磁状态，否则驱动器被禁止(伺服断)。