PMAC控制下的高精度轉(zhuǎn)臺(tái)雙閉環(huán)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試

PMACⅡ型卡提供了編碼器譯碼方式可以是內(nèi)部脈沖＋方向，其譯碼器輸出的脈沖＋方向信號(hào)是由n 通道中的脈沖頻率調(diào)節(jié)器（PFM）輸出電路產(chǎn)生的。它可以產(chǎn)生一個(gè)假想的閉環(huán)來(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)。我們分析如果將轉(zhuǎn)臺(tái)的編碼器譯碼方式設(shè)置為內(nèi)部脈沖＋方向，其譯碼輸出由內(nèi)部脈沖頻率調(diào)節(jié)器（PFM）輸出電路產(chǎn)生，這樣可以避免一些PMAC 與驅(qū)動(dòng)器間的不匹配。在將I7240 設(shè)置為8（內(nèi)部脈沖＋方向）后，我們將轉(zhuǎn)臺(tái)閉環(huán)后，來(lái)回漂動(dòng)現(xiàn)象消除了，用“j＝10000”運(yùn)行（手動(dòng)走到絕對(duì)位置為10000counts 處）后編碼器反饋顯示為10000counts，沒(méi)有了抖動(dòng)，并且在設(shè)置為內(nèi)部脈沖＋方向后，根據(jù)運(yùn)行結(jié)果看，其編碼器反饋進(jìn)入PMAC 后也進(jìn)行了四倍頻，分辨率達(dá)到2621440 脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)。到此，該故障得以排除。

2.3 PID 調(diào)節(jié)

在系統(tǒng)中，為了獲得良好的穩(wěn)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，需要對(duì)系統(tǒng)的控制環(huán)進(jìn)行校正和調(diào)整，所以當(dāng)系統(tǒng)的基本特性（包括機(jī)械傳動(dòng)、電機(jī)選型等）確立后，就需要對(duì)系統(tǒng)的控制環(huán)進(jìn)行調(diào)整了。在以PMAC 為核心控制器的系統(tǒng)中，通過(guò)調(diào)節(jié)它提供的PID＋速度/加速度前饋調(diào)節(jié)器的參數(shù)能解決大部分的系統(tǒng)特性問(wèn)題，這些參數(shù)包括比例增益（proportional）、積分增益（integral）、微分增益（differential）（即PID 控制）；速度、加速度前饋（feedforward）；摩擦增益等等。典型PID 伺服環(huán)，如圖2 所示。

圖2 典型PID伺服環(huán)

Pewin32 提供了兩種信號(hào)源（脈沖和正弦波信號(hào)）進(jìn)行PID調(diào)整，脈沖響應(yīng)過(guò)程主要是用來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的P、I、D 等參數(shù)，而正弦波響應(yīng)主要是用來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。PID 調(diào)整過(guò)程首先將所有運(yùn)行的運(yùn)動(dòng)程序和PLC 程序停止，然后下載自己一段小程序，讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，繪制出脈沖或正弦響應(yīng)曲線(xiàn)，讓用戶(hù)通過(guò)響應(yīng)曲線(xiàn)來(lái)判斷系統(tǒng)的特性。

PID 調(diào)整必須在了解各參數(shù)的具體作用，并不斷的實(shí)驗(yàn)，最好是先作脈沖響應(yīng)調(diào)整，主要調(diào)整比例、積分、微分增益，在脈沖響應(yīng)曲線(xiàn)調(diào)整最好的狀態(tài)下，不要更改比例、積分、微分增益，作正弦響應(yīng)調(diào)整，正弦響應(yīng)調(diào)整主要調(diào)整速度、加速度前饋和摩擦增益等參數(shù)，以下對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)空載的PID 進(jìn)行調(diào)整，在經(jīng)多次調(diào)整后我們得出了各參數(shù)的最優(yōu)化設(shè)定值。各參數(shù)意義及設(shè)定值，如表1 所示。

表1 PID調(diào)節(jié)參數(shù)意義及設(shè)定值

在該參數(shù)下，得出脈沖響應(yīng)和正弦響應(yīng)曲線(xiàn)，如圖3 所示。從圖中可以看出，脈沖響應(yīng)曲線(xiàn)中，命令位置和實(shí)際位置基本重合，正弦響應(yīng)曲線(xiàn)中指令速度曲線(xiàn)和時(shí)間速度曲線(xiàn)已經(jīng)完全重合，速度跟隨誤差很下，幅值只有±4 個(gè)脈沖。在該種調(diào)試狀態(tài)下，我們用數(shù)控程序運(yùn)行轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)其跟隨誤差只有1 個(gè)脈沖計(jì)數(shù)，相當(dāng)在圓周上0.5s 角度的誤差，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)已經(jīng)相當(dāng)快了。

圖3 PID調(diào)整曲線(xiàn)

3 結(jié) 論

對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的調(diào)試過(guò)程中，一般會(huì)遇到許多的問(wèn)題，總結(jié)起來(lái)在調(diào)試時(shí)應(yīng)注意：

（1）硬件連線(xiàn)：仔細(xì)檢查驅(qū)動(dòng)器與轉(zhuǎn)臺(tái)、驅(qū)動(dòng)器與控制卡之間的連接，編碼器反饋的連接。
（2）環(huán)境干擾：外界溫度、振動(dòng)、電磁干擾都可能影響到系統(tǒng)的精度與動(dòng)態(tài)特性，調(diào)試時(shí)應(yīng)有良好的環(huán)境。
（3）PMAC 參數(shù)的設(shè)置：對(duì)于PMAC 卡，由于其型號(hào)較多，不同的型號(hào)參數(shù)設(shè)置不太一樣，調(diào)試過(guò)程中需要仔細(xì)研究其參數(shù)的設(shè)置。
（4）PID 調(diào)節(jié)：PID 調(diào)節(jié)直接影響到系統(tǒng)特性，PID 參數(shù)調(diào)節(jié)要根據(jù)各參數(shù)的特點(diǎn)，不斷的實(shí)驗(yàn)，找到一個(gè)最佳的參數(shù)配置。