高精度激光直寫數(shù)字伺服濾波器的設(shè)計(jì)

其中，rin(k)為采樣K時(shí)刻的位置輸入信號(hào)，為了能模擬實(shí)際的效果，將輸入的rin(k)設(shè)置為不規(guī)則的位置信號(hào)，此時(shí)輸入指令為正弦疊加信號(hào)；drin(k)為采樣K時(shí)刻的速度輸入信號(hào)；ddrin(k)為采樣K時(shí)刻的加速度輸入信號(hào)，并且drin(k+1)=(rin(k+1)-rin(k))／ts，ddrin(k+1)=(drin(k+1)-drin(k))／ts。
3．2 仿真波形
對(duì)于高精度的激光直寫，衡量其性能主要取決于速度的穩(wěn)定、響應(yīng)度和位置的精確。因此在圖3的仿真中，要根據(jù)實(shí)際情況，多次調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)參數(shù)，并經(jīng)過分析和對(duì)比，從中得到一幅速度穩(wěn)定、位置精確的跟蹤圖，其仿真波形如圖4所示。

圖4(a)為速度跟蹤結(jié)果，設(shè)置的速度和實(shí)際的速度重合，速度穩(wěn)定，穩(wěn)定控制在0．1％內(nèi)。在0時(shí)刻附近出現(xiàn)了速度突然的“跳躍”，是由于沒有調(diào)節(jié)積分限。因此在實(shí)際情況中應(yīng)先把積分限(飽和控制器)設(shè)置為O，Ki設(shè)定為期望值，再設(shè)置積分限到期望的積分限。
圖4(b)為位置跟蹤結(jié)果，輸出的實(shí)際位置和設(shè)置的目標(biāo)位置重合。位置定位精確高，精度控制在0．1％內(nèi)。
仿真結(jié)果表明在帶有摩擦條件下，位置跟蹤沒有存在“平頂”現(xiàn)象，速度跟蹤沒有存在“死區(qū)”現(xiàn)象。位置跟蹤定位精度高，速度跟蹤穩(wěn)態(tài)精度高。

4 軟件實(shí)現(xiàn)
伺服單元模塊由伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)，其參數(shù)調(diào)節(jié)可以在伺服驅(qū)動(dòng)器中設(shè)置，詳細(xì)參考驅(qū)動(dòng)器用戶手冊。PID數(shù)字濾波器+前饋復(fù)合控制系統(tǒng)由DSP2812實(shí)現(xiàn)。操作流程為：先將PID復(fù)合仿真模塊的MATLAB語言生成CCS中的C語言，然后移植到CCS軟件中，并根據(jù)PID控制算式原理結(jié)合軟件設(shè)計(jì)流程進(jìn)行修改。

5 結(jié)論
介紹了伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，針對(duì)系統(tǒng)中存在的摩擦環(huán)節(jié)和實(shí)際要求進(jìn)行分析，然后結(jié)合根據(jù)控制原理，設(shè)計(jì)了伺服PID數(shù)字濾波器。通過MATLAB仿真驗(yàn)證該數(shù)字濾波器速度穩(wěn)定；位置跟蹤誤差收斂于零。并從中得到了關(guān)于調(diào)節(jié)控制參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)。最終的實(shí)際結(jié)果表明，整個(gè)系統(tǒng)輸入與輸出時(shí)差小于100 Ls；無噪音無振蕩；定位精度誤差控制±1μm范圍內(nèi)。