TC-QP04型氣動伺服控制綜合實驗臺

一、概述：

TC-QP04型氣動伺服控制綜合實驗臺，氣動伺服技術(shù)以其節(jié)能、無污染、成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、系統(tǒng)安全可靠、適應范圍廣泛等優(yōu)點，在現(xiàn)代制造業(yè)中占有十分重要的地位。本實驗平臺采用模塊化設(shè)計思路，以工業(yè)級觸摸一體機為主控單元、采用NI公司的LabVIEW軟硬件平臺、選用SMC氣動元件搭建，可用于測控、機自和過控專業(yè)教學中的液壓與氣壓傳動、過程檢測與控制等課程的實驗教學。本實驗平臺具有開放性，通過設(shè)計綜合型、設(shè)計型實驗項目，利于學生對所學知識的融會貫通?？蓪崿F(xiàn)一個基于虛擬儀器的氣動伺服系統(tǒng)實驗平臺。系統(tǒng)基于LabVIEW軟硬件平臺，分別完成“基于虛擬儀器的氣動伺服系統(tǒng)實驗平臺”的結(jié)構(gòu)、信號調(diào)理電路、伺服控制程序、虛擬儀器面板的設(shè)計與開發(fā)。

二、主要特點：

1、氣動實驗臺采用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、實驗面板：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)計搭建實驗簡單、方便，各個氣動元件成獨立模塊；

3、氣壓閥體，帶鋁合金過渡底板，實驗時可以隨意在通用鋁合金型材板上，組裝各種實驗回路，操作簡單、方便。內(nèi)嵌式鎖緊機構(gòu)，確保與實驗面板結(jié)合緊固、安全；

4、氣壓閥體成獨立模塊，標準工業(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、組合回路實驗，擴展性強，提高學生的動手能力，老師的設(shè)計、開發(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內(nèi)品牌廠家。有質(zhì)量和售后服務保證；、8、 標準工業(yè)用元器件，性能可靠邊，安全。

三、實驗項目：

1、電-氣伺服/比例控制系統(tǒng)及元件性能測試；

2、氣缸性能測試；

3、調(diào)壓閥性能測試；

4、氣動基本回路實驗。

四、裝置組成：

實現(xiàn)一個基于虛擬儀器的氣動伺服系統(tǒng)實驗平臺。系統(tǒng)基于LabVIEW軟硬件平臺，分別完成“基于虛擬儀器的氣動伺服系統(tǒng)實驗平臺”的結(jié)構(gòu)、信號調(diào)理電路、伺服控制程序、虛擬儀器面板的設(shè)計與開發(fā)。

（1）實驗平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計：氣動伺服系統(tǒng)實驗平臺主要由氣動回路和數(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)級觸摸一體機和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的信號調(diào)理電路等組成；PC機采用QY185型工業(yè)級觸摸一體機，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個定時/計數(shù)器，分辨率為32位，內(nèi)部時鐘頻率為80MHz。該板卡的模擬輸入、模擬輸出電壓的最大范圍均為±10V。

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

（3）氣動伺服系統(tǒng)實驗平臺的軟件設(shè)計，伺服控制系統(tǒng)軟件的編寫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、氣缸運動加速度、氣缸左右兩腔的壓力值４ 路模擬輸入信號和氣缸位置１路計數(shù)器輸入信號；

② 參考信號生成子模塊。用于產(chǎn)生任意的給定參考信號；

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

④ 信號處理子模塊。通過采樣得到的數(shù)值，結(jié)合給定參考信號，通過一定的控制算法，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豐富的界面實現(xiàn)人機交互功能，主要包括：測量數(shù)據(jù)的顯示，給定參考信號參數(shù)的設(shè)定，控制算法中參數(shù)的設(shè)定等；

⑥ 數(shù)據(jù)存儲子模塊。實現(xiàn)將測量的數(shù)據(jù)保存為。

（4）虛擬儀器面板設(shè)計：使用旋鈕、開關(guān)、轉(zhuǎn)盤、指示燈等控件來定義虛擬儀器面板，控制面板上有輸入和輸出兩類對象，分為控制器和指示器。控制器包括開關(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和其他顯示輸出對象。