交流伺服驱动器监控系统设计与实现

摘要

伺服驱动系统作为工业自动化一个重要的组成部分，在运动控制领域以其高精度、快速响应的优势发挥着非常重要的作用。为了提高伺服驱动器的易用性和调试效率，开发配套的监控系统势在必行，监控系统的使用不仅能为使用者提供直观的平台，还便于工程师监测和控制伺服驱动器。
　　本课题依托新时达K5系列交流伺服驱动器，在详细分析用户需求和业务逻辑的基础上，使用WPF技术开发了一整套基于Windows系统的交流伺服驱动器上位机监控系统。
　　首先，本文对监控系统架构进行搭建。使用分层设计将监控系统分成通讯层、协议层以及业务应用层，各层之间使用事件驱动方式进行通信。分层架构设计有效降低了程序块之间的耦合性、增加了程序块内部的内聚性，便于进行后续的维护和扩展。监控系统主要实现伺服参数读写、状态实时监控显示、伺服电机控制和信号采集与分析的功能，根据功能需求采用模块化设计将监控系统分成通信模块、参数配置模块、波形采集和波形分析模块、故障监控模块，针对各个模块不同的功能需求，给出了具体的设计方法。其中，通讯模块为监控系统中最重要的模块，为了满足不同通讯需求，将通讯模块的通讯方式设计成常规通讯模式、参数读写通讯模式、采样数据读写通讯模式等三种，提高通讯速度和通讯效率。
　　其次，对监控系统各个功能模块进行编程实现。其中，各个模块的实现都给出UML类图，详细说明了实现过程。并针对示波器处理大数据的情况提出了优化方法，提高示波器性能。
　　最后，搭建硬件平台对监控系统进行功能和性能测试。并设计测试用例对监控系统各项功能进行测试，测试结果表明系统安全可靠。为了测试系统实际性能，分别对不同通讯周期的稳定性和精确性以及示波器显示大数据的能力进行测试，结果表明通讯周期不丢帧、数据传输精确，通讯性能良好;同时，使用优化策略的示波器对于480万个数据点进行一次全图刷新的时间约为0.8337秒，比优化前降低了78.16％，大大提高了用户体验，符合项目需求。
　　经过长期的测试，本监控系统现已经发布。经验证，本系统在客户现场应用安全可靠，性能优异。配套监控系统的应用不仅提高了公司交流伺服驱动器的易用性，还提高了公司伺服驱动器产品的市场竞争力。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 伺服系统国内外研究现状

1．2．2 伺服监控系统国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容及章节安排

第2章 相关技术基础

2．1 傅里叶变换

2．1．1 傅里叶变换原理

2．1．2 快速傅里叶变换

2．2 串口通信

2．3 本章小结

第3章 伺服驱动器监控系统需求分析

3．1 系统目标需求分析

3．2 系统功能性需求分析

3．2．1 通信功能

3．2．2 参数配置功能

3．2．3 伺服控制功能

3．2．4 波形采集及分析功能

3．2．5 故障监控功能

3．3 系统非功能性需求分析

3．4 本章小结

第4章 伺服驱动器监控系统设计与实现

4．1 开发平台选择

4．2 总体架构设计与实现

4．3 主界面设计与实现

4．4 功能模块设计与实现

4．4．1 通信模块设计与实现

4．4．2 伺服驱动器参数配置模块设计与实现

4．4．3 伺服驱动器控制模块设计与实现

4．4．4 波形采集及波形分析模块设计与实现

4．4．5 故障监控模块设计与实现

4．5 本章小结

5．1 实验平台搭建

5．2 系统功能测试

5．2．1 通信测试

5．2．2 故障监控及报警测试

5．2．3 伺服驱动器控制及波形采集测试

5．2．4 波形分析测试

5．3 系统性能测试

5．3．1 通讯性能测试

5．3．2 示波器性能测试

5．4 本章小结

6．1 本文工作总结

6．2 后续工作展望

参考文献

致谢