TC-QP04型氣動(dòng)伺服控制綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)

一、概述：

TC-QP04型氣動(dòng)伺服控制綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，氣動(dòng)伺服技術(shù)以其節(jié)能、無(wú)污染、成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、系統(tǒng)安全可靠、適應(yīng)范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代制造業(yè)中占有十分重要的地位。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)思路，以工業(yè)級(jí)觸摸一體機(jī)為主控單元、采用NI公司的LabVIEW軟硬件平臺(tái)、選用SMC氣動(dòng)元件搭建，可用于測(cè)控、機(jī)自和過(guò)控專業(yè)教學(xué)中的液壓與氣壓傳動(dòng)、過(guò)程檢測(cè)與控制等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有開(kāi)放性，通過(guò)設(shè)計(jì)綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的融會(huì)貫通?？蓪?shí)現(xiàn)一個(gè)基于虛擬儀器的氣動(dòng)伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。系統(tǒng)基于LabVIEW軟硬件平臺(tái)，分別完成“基于虛擬儀器的氣動(dòng)伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”的結(jié)構(gòu)、信號(hào)調(diào)理電路、伺服控制程序、虛擬儀器面板的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

二、主要特點(diǎn)：

1、氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用2mm冷扎鋼板框架柜體，表面不銹鋼薄板包覆，整體鈑金防銹靜電噴塑，美觀大方；

2、實(shí)驗(yàn)面板：用精美的鋁合金型材排列組合緊固螺絲加工而成，帶“T”型槽。模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)搭建實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單、方便，各個(gè)氣動(dòng)元件成獨(dú)立模塊；

3、氣壓閥體，帶鋁合金過(guò)渡底板，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以隨意在通用鋁合金型材板上，組裝各種實(shí)驗(yàn)回路，操作簡(jiǎn)單、方便。內(nèi)嵌式鎖緊機(jī)構(gòu)，確保與實(shí)驗(yàn)面板結(jié)合緊固、安全；

4、氣壓閥體成獨(dú)立模塊，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)快換接頭，特殊密封接口，清潔干凈，不漏油；

5、安裝方式：任意搭接、組合回路實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)展性強(qiáng)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，老師的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)能力，外形美觀、安全；

6、氣壓閥采用為日本 “SMC”。性能穩(wěn)定，安全可靠，經(jīng)久耐用；

7、電器元器件等都為國(guó)內(nèi)品牌廠家。有質(zhì)量和售后服務(wù)保證；、8、 標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用元器件，性能可靠邊，安全。

三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：

1、電-氣伺服/比例控制系統(tǒng)及元件性能測(cè)試；

2、氣缸性能測(cè)試；

3、調(diào)壓閥性能測(cè)試；

4、氣動(dòng)基本回路實(shí)驗(yàn)。

四、裝置組成：

實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于虛擬儀器的氣動(dòng)伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。系統(tǒng)基于LabVIEW軟硬件平臺(tái)，分別完成“基于虛擬儀器的氣動(dòng)伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”的結(jié)構(gòu)、信號(hào)調(diào)理電路、伺服控制程序、虛擬儀器面板的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

（1）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：氣動(dòng)伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由氣動(dòng)回路和數(shù)據(jù)采集與控制回路兩部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖１所示。氣動(dòng)回路主要由氣源、電磁閥、比例閥、壓力傳感器、氣缸等組成；數(shù)據(jù)采集與控制回路以工業(yè)級(jí)觸摸一體機(jī)和NI數(shù)據(jù)采集卡為核心，由位移傳感器、力傳感器、加速度傳感器和相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路等組成；PC機(jī)采用QY185型工業(yè)級(jí)觸摸一體機(jī)，數(shù)據(jù)采集卡采用NI公司的USB-6211型多功能數(shù)據(jù)采集卡。USB-6211具有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字I/O、計(jì)數(shù)器I/O等功能；模擬輸入通道有單端輸入32路、差分輸入16路，分辨率為16位，最大采樣率為250Ks/s。模擬輸出通道有4路，數(shù)據(jù)更新率為每通道625Ks/s。數(shù)字I/O有48路，有2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，分辨率為32位，內(nèi)部時(shí)鐘頻率為80MHz。該板卡的模擬輸入、模擬輸出電壓的最大范圍均為±10V。

（2）信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)：本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)選用的雷尼紹光柵尺的輸出信號(hào)為差分信號(hào)，而USB-6211數(shù)據(jù)采集卡計(jì)數(shù)器的輸入端只能接收單端信號(hào)，因此需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路將光柵尺的輸出差分信號(hào)A＋、A－、B＋、B－、Z＋、Z－轉(zhuǎn)換為USB-6211計(jì)數(shù)器可以接收的單端信號(hào)A、B、Z，所設(shè)計(jì)的電路如圖2所示。

（3）氣動(dòng)伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)，伺服控制系統(tǒng)軟件的編寫(xiě)采用模塊化的編程思路：

① 數(shù)據(jù)采集子模塊。包括氣缸輸出力、氣缸運(yùn)動(dòng)加速度、氣缸左右兩腔的壓力值４ 路模擬輸入信號(hào)和氣缸位置１路計(jì)數(shù)器輸入信號(hào)；

② 參考信號(hào)生成子模塊。用于產(chǎn)生任意的給定參考信號(hào)；

③ 信號(hào)輸出子模塊。包括用于控制２個(gè)電氣比例閥的２路模擬輸出信號(hào)和用于控制２個(gè)電磁閥的２路數(shù)字輸出信號(hào)；

④ 信號(hào)處理子模塊。通過(guò)采樣得到的數(shù)值，結(jié)合給定參考信號(hào)，通過(guò)一定的控制算法，得到所需要的控制量的值；

⑤ 圖形化操作與顯示子模塊。利用LabVIEW豐富的界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，主要包括：測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示，給定參考信號(hào)參數(shù)的設(shè)定，控制算法中參數(shù)的設(shè)定等；

⑥ 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子模塊。實(shí)現(xiàn)將測(cè)量的數(shù)據(jù)保存為。

（4）虛擬儀器面板設(shè)計(jì)：使用旋鈕、開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)盤(pán)、指示燈等控件來(lái)定義虛擬儀器面板，控制面板上有輸入和輸出兩類對(duì)象，分為控制器和指示器?？刂破靼ㄩ_(kāi)關(guān)、旋鈕、按鈕及其他輸入設(shè)備；指示器包括曲線顯示區(qū)、LED和其他顯示輸出對(duì)象。