TwinCAT機電控制與檢測實驗教程
本書立足于新工科創(chuàng)新型實踐教學培養(yǎng)模式，滿足機電控制與檢測實驗教學目標。全書分三個部分共9章：第一部分即第1~2章，主要介紹了TwinCAT軟件基本操作、IEC61131-3編程基礎；第二部分即第3~6章，主要介紹了機電控制與檢測基礎內容，并基于TwinCAT構建了配套的實驗項目，解析了實驗項目的設計過程，旨在為讀者在工程實踐中將理論應用于實際奠定基礎；第三部分即第7~9章，這部分屬于本書的提高部分，主要面向多軸復雜機電控制與檢測裝置，從介紹裝置的機械和電氣結構入手，圍繞著機構運動學分析展開控制程序的設計，構建控制系統(tǒng)和控制界面，以目的為導向，將TwinCAT知識融入工程實驗之中。
本書主要作為“機電控制與檢測”課程的配套實驗教材，也可以作為“數控技術”“機器人學”等課程的實驗教材，為高年級本科生和研究生做機電控制與檢測項目開發(fā)提供參考，還可供使用TwinCAT的一線工程技術人員參考。
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第1章TwinCAT快速入門1
1.1TwinCAT 3簡介1
1.1.1TwinCAT介紹1
1.1.2TwinCAT的操作系統(tǒng)1
1.1.3TwinCAT軟件基本組成2
1.1.4TwinCAT基本功能3
1.2TwinCAT 3的運行機制4
1.2.1TcCOM組件和Module4
1.2.2TwinCAT3 的運行機制5
1.3新建一個TwinCAT項目8
1.3.1準備操作8
1.3.2新建項目9
1.3.3項目環(huán)境介紹11
1.4新建一個PLC項目14
1.4.1添加一個PLC項目14
1.4.2選擇Target15
1.4.3物理設備掃描16
1.4.4編寫PLC代碼18
1.4.5PLC程序的下載和執(zhí)行20
1.4.6PLC變量的修改21
1.5TwinCAT Measurement21
1.5.1新建Measurement項目22
1.5.2Measurement功能說明24
1.6常見問題排除27
1.6.1TwinCAT system啟動錯誤27
1.6.2掃描不到設備28
1.6.3ADS錯誤28
1.6.4無法切換Run模式28
1.6.5NC錯誤28
第2章IEC61131-3編程基礎30
2.1IEC 61131-3概述30
2.2公共元素及變量30
2.2.1語言元素30
2.2.2數據類型32
2.2.3變量34
2.3程序組織單元34
2.3.1函數35
2.3.2功能塊35
2.3.3函數與功能塊的區(qū)別35
2.3.4程序35
2.4PLC編程語言36
2.4.1指令清單語言36
2.4.3梯形圖語言37
2.4.4功能塊圖語言38
2.4.5順序功能圖語言39
2.5交通燈邏輯控制——梯形圖語言40
2.5.1梯形圖變量調試40
2.5.2交通燈梯形圖控制實驗41
2.6交通燈邏輯控制——ST語言47
2.6.1ST語言變量調試47
2.6.2交通燈ST語言控制實驗48
第3章機電系統(tǒng)控制基礎50
3.1控制系統(tǒng)概述50
3.2機電系統(tǒng)建模50
3.2.1系統(tǒng)的傳遞函數51
3.2.2系統(tǒng)建模實例51
3.3時間響應分析52
3.3.1二階系統(tǒng)的單位階躍響應52
3.3.2二階系統(tǒng)響應的性能指標52
3.3.3階躍響應下的系統(tǒng)辨識54
3.3.4PID控制器54
3.3.5穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)型別的判定55
3.4頻率響應分析55
3.4.1頻率響應與頻率特性55
3.4.2頻率特性的表示方法56
3.4.3頻率特性的求解方法56
3.4.4振蕩環(huán)節(jié)的頻率特性與系統(tǒng)辨識58
3.5TwinCAT運動控制系統(tǒng)59
3.5.1CoE協(xié)議與控制模式59
3.5.2PTP控制62
3.5.3HMI設計66
3.6一維工作臺控制系統(tǒng)實驗70
3.6.1一維工作臺簡介70
3.6.2工作臺位置控制實驗72
3.6.3工作臺力矩控制實驗85
3.6.4時間響應與PID控制實驗90
3.6.5頻率響應與系統(tǒng)辨識實驗94
3.7彈簧-質量-阻尼控制系統(tǒng)實驗95
3.7.1彈簧-質量-阻尼系統(tǒng)簡介95
3.7.2控制模式與參數設置99
3.7.3時間響應與增益系數估計實驗101
3.7.4頻率響應與系統(tǒng)辨識實驗103
第4章機電系統(tǒng)檢測基礎110
4.1信號分析110
4.1.1信號時域分析110
4.1.2信號相關分析111
4.1.3信號頻域分析111
4.2信號轉換113
4.2.1A/D轉換過程113
4.2.2A/D轉換器的技術指標114
4.2.3D/A轉換過程114
4.2.4D/A轉換器的技術指標115
4.2.5采樣定理115
4.3信號調理117
4.3.1信號放大117
4.3.2電橋118
4.3.3信號濾波119
4.4傳感器技術120
4.4.1光柵尺120
4.4.2電阻應變片120
4.4.3磁電轉速傳感器121
4.4.4電渦流傳感器121
4.4.5振動速度傳感器121
4.4.6光電編碼器122
4.5信號檢測實例122
4.5.1傳感器模擬量輸入模塊測量實驗123
4.5.2傳感器測量專用模塊測量實驗126
4.5.3電橋稱重操作實驗133
4.5.4電橋稱重設計實驗139
4.5.5TwinCAT數據采集實驗141
第5章智能控制與感知系統(tǒng)148
5.1實驗臺簡介148
5.1.1軸承轉子實驗臺結構148
5.1.2實驗臺測控系統(tǒng)149
5.2實驗臺建模與控制仿真150
5.2.1實驗臺建模與識別150
5.2.2經典PID控制152
5.2.3基于粒子群算法的PID參數自整定152
5.3軸系動平衡分析158
5.4滾動軸承故障分析159
5.4.1IEPE加速度傳感器159
5.4.2滾動軸承故障特征頻率159
5.4.3穩(wěn)定轉速下軸承故障分析161
5.4.4變轉速下的軸承故障分析164
5.5智能控制與感知實驗165
5.5.1轉速控制實驗165
5.5.2振動加速度信號短時傅里葉變換及譜陣分析實驗173
5.5.3軸系動平衡實驗173
5.5.4基于MQTT的狀態(tài)監(jiān)測實驗177
第6章異步電動機變頻控制182
6.1三相異步電動機的機械特性及變頻調速182
6.1.1三相異步電動機及其機械特性182
6.1.2交流調速系統(tǒng)185
6.2ABB變頻器功能介紹187
6.2.1變頻器的基本原理187
6.2.2ABB-ACS355變頻器及其控制模式189
6.2.3本地控制191
6.2.4現(xiàn)場總線控制194
6.3智能測控A型實驗臺測控實驗198
6.3.1設備組成198
6.3.2三相異步電動機機械特性測試與變頻調速操作實驗199
第7章三軸繪圖實驗臺控制系統(tǒng)207
7.1三軸繪圖實驗簡介207
7.2PTP控制模式208
7.2.1NC軸配置209
7.2.2回限位功能塊FB_BackToXW設計211
7.2.3平面兩軸聯(lián)動功能塊FB_PTP2設計221
7.2.4完整PTP程序設計226
7.3PTP進階實驗231
7.3.1電子凸輪實驗231
7.3.2外部位置發(fā)生器實驗239
7.3.3FIFO實驗242
7.4NCI控制247
7.4.1NCI控制基礎247
7.4.2NCI項目創(chuàng)建253
7.4.3NCI程序設計254
7.4.4實驗操作256
7.5拓展實驗258
7.5.1運動仿真實驗258
7.5.2軌跡獲取實驗259
第8章Delta并聯(lián)機器人262
8.1Delta機器人簡介262
8.2Delta機構運動學分析263
8.2.1Delta機構運動學反解263
8.2.2Delta機構運動學正解266
8.2.3Delta機構運動學速度分析269
8.3松下驅動器整定271
8.4運動控制系統(tǒng)272
8.5基于ADS的同步運動實驗274
第9章SCARA機器人276
9.1SCARA機器人簡介276
9.1.1機械結構276
9.1.2電氣結構277
9.2SCARA運動學模型分析278
9.2.1幾何建模278
9.2.2運動規(guī)劃279
9.2.3直線插補和圓弧插補279
9.3SCARA運動控制系統(tǒng)281
9.3.1運動控制系統(tǒng)簡介281
9.3.2人機交互界面(HMI)282
9.4機器人仿真平臺284
9.4.1平臺簡介284
9.4.2機器人仿真模型與接口286
9.4.3機器人G代碼仿真實驗288
9.5基于ADS的同步運動實驗292
9.5.1ADS通信接口設計292
9.5.2機器人G代碼同步運動實驗294

TwinCAT NC實用指南 - 工控人家園

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