森创网络化伺服在动感影院特效座椅控制上的应用

1.引言

动感影院(4D影院)是在传统影院的基础上发展起来的一种电影艺术表现形式，它在传统影院的视觉和听觉享受的基础上，增加了动感座椅和环境特效设备，以超现实的视觉感受配以特殊的、夸张的、刺激性的效果同步表现，以仿真的场景与特别的机关设置来模仿实际发生的事件。随着剧情变化，观众不仅可以“触摸”到电影中的物体，还能感受到下雨，刮风，闪电，下雪，扫腿，泡泡，气味，烟雾等场景，让观众身临其境，妙趣横生。将视觉、听觉、嗅觉、触觉和动感完美地融为一体。

当前市场上的动感影院(4D影院)座椅特效控制系统，座椅驱动的技术方案主要包括：气动，液动，以及电动。气动控制方案的座椅动作比较简单粗糙;气动控制方案的维护和维修非常麻烦;电动方案，尤其是使用伺服电机驱动的电动方案，具有动作细腻，使用可靠，维护简便等优点。本文介绍一种使用和利时电机HS网络化伺服驱动器，应用于动感影院(4D影院)座椅特效的网络化控制方法。该方法实现上位播映计算机通过以太网交换机与动感座椅及环境特效播映设备的高效可靠信息交互。

2.HS网络化伺服驱动器及网络化通讯控制板卡

2.1森创HS网络化伺服驱动器

HS系列网络化伺服驱动器是北京和利时电机技术有限公司推出的新一代高性价比、外观朴素，实用可靠的全数字交流伺服电机驱动器，该驱动器的开发，延续和产品化了北京和利时电机技术有限公司在2009年承担国家科技重大专项课题期间进行的交流伺服主轴驱动器研发的技术研究成果。已授权4项国家专利技术(3项发明和1项实用新型)。

该款网络化伺服驱动器采用TI最新的32位含浮点运算能力的双核数字信号处理芯片，采用全新的电机控制算法，对永磁同步伺服电机的位置、速度、加速度和输出转矩进行精确控制。适用于加工中心、数控伺服控制、纺织机械等工业自动化行业及领域。

HS 系列网络化伺服驱动器具有以下特点：

通用运动控制功能: 位置/速度/力拒控制, 模式切换

快速的电流环浮点CLA内核处理，具有良好的动态跟随性。

内置电网电压补偿控制，自动适应电网电压的波动。

内置2路可选共振低通滤波，以及2级共振陷波滤波器，有效应对机械共振。

内置专有智能再生制动控制技术。

内置转矩观测器技术，自动适应负载的变化。

控制增益可切换或内部自适应匹配。

内置动态制动控制，为驱动提供额外的安全防护。

具有过载自动降载算法，可参数化选择是否过载保护及自动平滑降载及恢复过载能力。

支持MODBUS协议的 RS232及RS485通讯接口，直接与上位机和触摸屏等通讯。

支持CAN总线接口，内置专有通讯协议，方便客户定制使用。

控制端口支持软件方式分配、逻辑设置、可编程滤波，使用灵活方便可靠。

脉冲模拟量接口, 脉冲输入频率最高可达1MHZ.

2路模拟量输出可观测驱动器内部状态，方便现场调试。

内置功率器件温度监控和过流，过压以及过热等保护，确保可靠驱动。

具有历史故障记录等可靠性管理功能

2.2森创MBOX通讯控制板卡

MBOX是一款专为HS伺服网络化控制应用开发的一款以太网[1]到CAN总线的双向数据传递的，还含有RS232或RS422，12路数字输出，2路模拟输出，8路数字输入等信号接口的多功能应用板卡。该电路板实物如图所示。

2.3森创HS伺服驱动器与MBOX构成的伺服网络化控制系统

HS系列网络化伺服驱动器，提供了3种总线接口，包括RS232，RS485以及CAN总线。其中RS232接口是标准配置的通讯接口。RS485和CAN总线是选配的通讯接口，采用了电气隔离及瞬态电压抑制保护技术，具有良好的电磁兼容性和可靠性。RS232和RS485接口的通讯协议是工业常用的MODBUS RTU协议。CAN总线接口的通讯协议是本公司具有自主知识产权(已获发明专利)的CAN总线通讯方法[2]。

HS网络化伺服驱动器加强了总线模式下的控制功能，支持RS232，RS485以及CAN总线接口的多种总线模式控制，包括：

总线接口的转矩模式控制

总线接口的转速模式控制

总线接口的相对位置模式控制

总线接口的绝对位置模式控制

标准配置的RS232接口实现HS伺服驱动器与上位机或触摸屏的点到点通讯，可实现对HS伺服驱动器的状态监视，参数读写以及总线模式的控制，常用于伺服驱动器的参数配置及运行监控。当用户要求HS网络化伺服驱动器组网运行时，可以选择RS485总线或CAN总线。一般来说，CAN总线具有的灵活性与可靠性，更适合做网络化的实时控制，而MODBUS通讯因为可以携带大数据包，比较适合对实行性要求不高的大容量的参数传递及数据监控。