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控制系統(tǒng)方案
電動轉(zhuǎn)椅分為水平旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、擺動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分。水平旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、擺動系統(tǒng)分別用伺服電機作為運動執(zhí)行部件，由兩臺伺服驅(qū)動器控制電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向來實現(xiàn)現(xiàn)轉(zhuǎn)椅的轉(zhuǎn)動和擺動。正常運行情況下由操作人員在控制臺上通過人機界面設(shè)置轉(zhuǎn)椅運行旋轉(zhuǎn)速度和擺動角度、運行時間等參數(shù)，確認后按下控制臺啟動按鈕啟動設(shè)備，運行時間結(jié)束自動停止在初始位置。如受試者感到不適則可按下轉(zhuǎn)椅扶手上的報警按鈕，操作人員在控制臺接收到報警信號后按下停車按鈕，轉(zhuǎn)椅可在5～10秒內(nèi)停止；如設(shè)備出現(xiàn)異常，操作人員按下緊急停車按鈕，轉(zhuǎn)椅可在1秒內(nèi)緊急停止。在轉(zhuǎn)椅水平旋轉(zhuǎn)初始位置設(shè)置位置傳感器以控制轉(zhuǎn)椅旋轉(zhuǎn)停止在初始位置，分別在轉(zhuǎn)椅垂直角度0°、±30°、±45°共五個位置安裝型位置傳感器以限制擺動角度?？刂葡到y(tǒng)采用西門子公司的s7-200系列plc作為核心控制器，型號為cpu224xpcn，本機集成14輸入、10輸出共24個數(shù)字量i/o點，保證了系統(tǒng)需求且有一定冗余，而且該型號plc集成2個最高100khz的高速脈沖輸出（hsc），對應(yīng)端口q0.0和q0.1，可用于控制步進電機或伺服電機。上位監(jiān)控機采用研華工控機，與plc通過自由口方式通信，人機界面設(shè)計工具為microsoft vc6.0。控制系統(tǒng)組成如圖2所示。
運動控制
s7-200提供三種方式的開環(huán)運動控制：脈寬調(diào)制（pwm）、脈沖串輸出（pto）、位控模塊。本項目采用pto方式控制座椅的旋轉(zhuǎn)和擺動，即組態(tài)plc的兩個數(shù)字輸出（q0.0和q0.1）為占空比50%的脈沖串輸出，用于控制旋轉(zhuǎn)和擺動伺服電機的轉(zhuǎn)速。每個脈沖信號可使伺服電機旋轉(zhuǎn)一個固定的角度，脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度，脈沖的頻率決定旋轉(zhuǎn)速度，即脈沖頻率與旋轉(zhuǎn)速度成正比，脈沖周期則與轉(zhuǎn)速成反比。使用plc的q0.2和q0.3作為方向信號控制旋轉(zhuǎn)和擺動伺服電機旋轉(zhuǎn)方向，q0.4和q0.5則分別作為兩臺伺服電機的使能信號輸出，以上plc輸出端分別連接至兩臺伺服控制器輸入端。簡單的pto運動控制可通過step7-microwin組態(tài)軟件提供的位控向?qū)瓿?，由于轉(zhuǎn)椅要求旋轉(zhuǎn)速度及擺動速度可調(diào)且運行時間可調(diào)，因此采用自定義pto包絡(luò)參數(shù)來設(shè)計控制程序。同時本系統(tǒng)為開環(huán)控制，對于旋轉(zhuǎn)控制需要確定最高恒定轉(zhuǎn)速對應(yīng)的脈沖輸出頻率，以及計算加減速過程中的脈沖周期增量值，對于擺動控制需要確定擺角及擺動頻率所對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)速度及脈沖輸出數(shù)。
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