二维平面运动系统实验平台开发

郑钦丞+李杨若晗

二维平面运动系统实验平台可以用于大学生机械运动及结构方面的分析平台。而二维平面运动系统实验平台的开发不仅可以促进高校科研发展，还可以作为本科生毕业实习的实验平台，提高学生真正的动手能力，促进学生实习。如今，随着科技的发展，如今的二维平面运动系统实验平台逐步实现全数字控制，本文就目前二维平面运动系统实验平台的开发展开讨论。

【关键词】二维平面运动 实验平台 科研开发

大学四年的学习不仅是使学生在专业知识上得到更高水平的培养，还会通过毕业实习等方式教会学生工作的实战经验。而且毕业实习是每个大学生毕业之前的“必修课”，但是就现在的国情来看，各大企业的員工人数已经达到超负荷状态，在企业本来就不缺人手，再从企业的经济效率和学生人身安全方面考虑，大部分企业对接受本科生生实习这件事都不喜欢点头。对此，校方应从其他方向考虑毕业生实习问题。

毕业生实习不仅仅是在企业跑跑腿打打杂，而且如今各大企业不愿意招收实习生也是由于实习生的工作经验少、思维严谨性不够造成的。所以校方在校内建立各类毕业生实习基地也是一种锻炼学生综合素质的好方法。若将科研设备进行改造和开发与学生实习有机结合，即解决了学生实习问题又提高了学生的创新能力和实际动手能力。本文就二维平面运动系统实验平台开发与培养学生相结合讨论实验和实习的结合。

1 二维平面运动系统介绍及工作原理

首先对二维平面系统结构做一下简单介绍，系统由三部分组成分别是上位机、伺服系统以及机械台体，其结构如图1所示。上位机主要作用是实现人机交互，实现对机械台体的多方面控制，实验过程中通过PCI总线与运动控制卡连接，属于高性能工控机。伺服系统属于中间环节负责系统中各部分的通讯联系任务，同时还能完成系统的控制算法，主要有伺服驱动器、滤波器、转接板以及扼流圈组成，其安装地点处于工业机柜中。最后的机械台体部分要确保运动部件按照特定的运动方向运动，所以需要包含两组相互垂直的滚动直线导轨，这样才能提高运动部件运动的灵敏性和精确性。为了确保系统运行的安全性以及设备和实习人员的人身安全，需要在特定的位置上安装电气和机械限位，避免设备损坏及人身财产损失。此外，机械台体还是为成像设备提供运动的装置。因此可以帮助学生实习时理解各部分设备的连接情况和控制关系，如图1所示。

其次简单介绍一下二维平面运动系统的工作原理，前面提到了系统运行的安全性和稳定性，所以在二维平面运动系统中我们采取了工控机与运动控制卡相结合的控制结构，换句话说就是使用运动控制卡控制交流伺服电机。具体细节如下，运动控制卡内的运动控制模块使用并行传输指令和相应数据法去提高接下来的伺服系统控制性能和数据处理速度。然后指示PCI总线与CPU之间进行通信，接收来自PC的控制指令，指令传达到后，内部电路进行相应运算，得出准确的控制信号，最终传递给动力和执行装置，完成二维平面运动控制功能。

2 数字化控制软件设计

对二维平台运动系统的内部结构及其原理进行讲解之后，我们应该就其运动控制软件进行设计，这里我们利用Windows系统在人机交互方面的优点，使用此系统研究控制软件。

控制软件中需要添加相应的模块，针对二维平台运动系统的应用方面，我们添加的模块主要有人机交互模块、设备安保模块以及运动控制模块等，接下来对这几个模块进行逐一介绍：

2.1 人机交互模块

人机交互模块主要用于状态显示和人机交互，开发后的界面应实现以按钮点击形式做到运动复位、找寻原点位置、手动运行、运动轨迹输入、运动轨迹复核、实时绘制运动曲线及反应运动情况及当前位置等功能。由于是人机交互的页面，在显示功能中应给出设备的运动情况以供工作人员对运动状态的分析，还要给出必要的故障显示提示，避免实习人员进行违规操作。

2.2 设备安保模块

设备安保模块主要目的是对相关设备起到保护作用。众所周知，对于不同的设备来说，其各类参数的调节情况一般都处于一个范围内，这样才能保证设备的正常运行。二维平面运动系统的相关设备也需要进行这样的保护措施，通常我们设置的参数可以看做是设备保护参数，此参数仅有管理员可以进行调整，这样就能确保实习学生在使用时避免由于参数设置不当而对仪器造成损坏。

2.3 运动控制模块

前面提到了软件界面的相关运动轨迹绘制及输入模式，那么就应该在系统中装入运动控制模块，这样才能实现系统对运动轨迹的跟踪和控制，其中包括手动运动控制和复位运动控制。手动运动控制的要求不高，由于手动输入其到达位置就可完成运动控制，所以其要求不高，控制较方便。对于复位运动控制，它指的是针对于软件保护的运动控制方式，首先是负载达到设置的原点，其次在显微开关的限制下确保负载的全部运行位置极限。

以上模块的增加不仅为人机交互提供可能的同时，也能提高软件与二维平台运动系统之间的相互作用。

3 小结

二维平面运动系统实验平台的开发无论是在科学研究方面还是在帮助本科生实习方面均具有较重要的作用。对于科学研究方面，二维平面运动系统实验平台的开发不仅能促进高校科学研究层次的发展，还能提高学校师生综合素质；对于本科生实习方面，二维平面运动系统实验平台的开发给予了实习学生更好的实习机会，在解决本科生实习问题的前提下，还提高了本科生的动手能力。实践能力及创新能力，为他们走向工作岗位做好准备。

参考文献

[1]霍炬，龚声民，齐超.二维平面运动系统实验平台开发[J].实验技术与管理，2013（30）.

[2]孔慧勇.基于运动控制卡的全闭环控制系统研究[D].成都：四川大学，2003（05）.

作者单位

禹州市第一高级中学 河南省禹州市 461670