一种大跨度轻型十字滑台控制系统设计

摘要

针对某科研系统对大跨度二维轻型目标运动平台的应用需求，设计一种基于十字滑台结构的轻型框架及其网络化多轴运动控制系统，以满足平台在大行程范围内的手动控制、预定轨迹运行和第三方计算机随动控制要求。平台机械部分采用三根同步带滑台线性导轨模组搭建二自由度运动平台，其中两根8 500 mm模组上下安装，一根3 000 mm模组固定在横向两根模组滑台上，从而形成大跨度轻型十字滑台结构。控制系统以ZMC304E运动控制器为核心，通过EtherCAT总线连接三套伺服驱动器和伺服电机，实现三轴运动控制及横向两个运动轴的电气同步。上位机与下位机软件分别采用C#和ZBASIC开发，实现手动控制、预定轨迹运行和网络随动控制等功能。以电机编码器反馈和上位机定时采样数据为依据，分别开展位移精度测试和动态特性测试，对三轴在不同位移指令及指定测试速度下的运行误差、速度和加速度变化进行记录与分析。实验结果表明，系统纵向有效行程为0～2 250 mm,横向有效行程为0～7 850 mm,运行速度为0～1 800 mm/s,位移误差控制在0.1～1 mm之间，加速度可达到100 000 mm/s²,平台运行稳定可靠，能够满足科研系统对大跨度、轻量化和多轴协同运动控制的技术需求。

关键词

大跨度 / 轻型十字滑台 / 运动控制器 / 两自由度 / 多轴运动控制 / 线性导轨模组 / 伺服控制