注意:所有的机械结构及电气连线不要擅自改动，以免造成不必要的硬件损坏。 1、被控对象简介
在阻尼比较小或带有弹性部件的系统中，如长轴转动、皮带传动等，容易出现振荡现象，增加了控制难度。本设计的控制对象是多质量弹性扭转控制系统，它是工业生产中长轴传动、皮带传动等实际被控对象的一个简化物理模型，具有阻尼小，超调大的特性。
多质量体弹性扭矩装置为两块大小不一的圆柱形质量体，分别通过中心轴固定在一条水平线上的U型底座上。质量体之间通过具有一定柔性的弹簧连接（弹簧的柔性和弹性要足以带动轴和质量体的运动）。第一块质量体的左端直接与直流电机（经过减速箱）刚性连接，由电机转动来驱动两块质量体进行转动。电机为24V直流电机，使用X20MM驱动。在第二块质量体的右端安装有增量式编码器，使用X20DC模块可以获取位置信息。要求通过控制电机使第二块质量体能够以最快的加速度达到指定的速度匀速转动，并使匀速时速度误差尽可能小。
2、硬件介绍 硬件系统概览如下：
图2-1为多质量体弹性扭矩装置。
图2-1 硬件系统概略图
1、机械部分：两块大小不一的圆柱形质量体（见上图）分别通过中心轴固定在U型底座（见上图黑色底座）上，保证其中心轴线在一条水平线上。两个质量体之间通过具有一定
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柔性的弹簧连接（弹簧的柔性和弹性要足以带动轴和质量体的运动）。左侧质量体的左端直接与直流电机（经过减速箱）连接。电机转动可以驱动第一个质量体转动，然后通过弹簧进而驱动第二个质量体转动。
2、电气部分：由PLC、电机和编码器组成。
其中编码器共有两个，一个位于电机左端，用于测量电机转过的角度；一个位于第二块质量体右端，用于测量第二块质量体转过的角度。由于电机和第一块质量体之间可认为是刚性连接，所以电机侧编码器所测量的角度位置值也可认为是第一块质量体的角度位置。
PLC 部分使用了以下模块：
1） 使用X20系列标准型CPU作为PLC系统的控制器；
2） 使用X20系列的直流电机模块MM2436来控制直流电机的转速；电机模块控制直流电机采用PWM方式。
3） 使用X20系列的编码器模块（如X20DC1976）接收两个编码器的反馈信息，用于获得电机位置和第二块质量体的位置。 2.1 X20系列标准型CPU的介绍
结构：3个基本单元: 总线模块– 电气模块 –端子排
综合了传统导轨式系统及插片式IO系统的优势：片式IO的高密度通道结构；如导轨式IO一样操作；可预接线操作；支持热插拔；自由的总线插槽供配件使用。
X20无可比拟的通道密度：I/O 片式系统具有极高的通道密度；12个通道数字量模块；实现 1/2/3接线技术；通道的高密度排列从而节省了安装空间；设计细节符合人体工程学原理；经济可行的I/O解决方案；1个或2个通道的模块。
X20端子排：接线，插入一切准备就绪；免工具快速接线；清晰地标出端子的功能；为测量探针提供的接入点 。
接线横截面：AWG 28...14 / 0.08…1.5 mm2。实线：最大 2.5 mm2。双线套管：最大2x 0.75 mm。额定电流/电压：10 A, 230 VAC。编码：工厂编码可以确保正确使用模块；客户定制化编码确保端子插入正确位置。
X20自由的分布式IO架构：近乎无限的IO扩展 ，可扩展连接 IP67阀导, 紧凑型 I/O ，CPU和总线控制器 。
2.2 X20系列的MM2436的介绍 X20MM2436的连接如下图2-2：
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图2-2 X20MM2436的连接图
X20MM2436输入电路示意图如下图2-3：
图2-3 X20MM2436输入电路示意图
X20MM2436输出电路示意图如下图2-4：
图2-4 X20MM2436输出电路示意图
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本次设计中给直流电动机的输入量使用PWM的控制方式可以将模拟量信号转化为开关量信号，通过调节占空比调节输出给直流电机的电压。原理如下图2-5：
图2-5 PWM原理图
例如：为了能对直流电机输出12V电压，我们可以在很小的一段时间内，1/2时间给直流电机供24V电，1/2时间不供电，则对整段时间来说平均电压即为12V。
我们将这个“一段时间”设定为一个周期t_period，输出24V时间为t_on，输出0时间为t_off。上图中的红线则表示在t_period时间内的有效输出。
定义占空比为：t_on / t_period;
t_period = t_on + t_off;
调节占空比则可调节一个周期内的有效输出，即直流电机工作电压。电机模块MM2436的工作原理就是根据指定的占空比来输出相应的电压。 2.3 X20系列的DC1976的介绍
增量式编码器是电机控制中常用的速度测量设备，通过检测编码器输出的脉冲信号可以计算出电机转速。它的优点是原理简单，平均机械寿命可达几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适用于长距离传输，缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。
增量式分体编码器利用光电转换原理输出两组方波脉冲，两组脉冲相位差90度，从而可以方便地判断出旋转方向。
利用瑞普HKT 3004-C03G-1000B-5E分体式编码器，该编码器为分辨率为1000线每圈的增量式编码器，输出的两相信号进入计数模块X20DC1976后可以对脉冲信号四倍频，即每转一圈脉冲数量将累积4000。设CPU获得的两个编码器的计数分别为encoder1、encoder2,则有：
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Encoder1=(取整)（θ1*4000/2π） Encoder2=(取整)（θ2*4000/2π）
其中，θ1和θ2分别是质量块1和质量块2转过的角度（rad）。 3、软件配置
要使用B&R公司的自动化集成设备，软件方面的工作可分为如图3-1所示的5个流程：
图3-1 建立软件项目的流程
图3-2 Product Licensing提示界面
3.1新项目建立
1）双击图标，打开贝加莱的集成编译环境Automation studio ；
2) 在如图3-2所示提示界面，点击License later选项，进入如图3-3所示的Start Page；
图3-3 Start Page
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