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        基于PMAC的直線電機速度加速度前饋控制

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        發布日期:2022/7/20點擊次數:453

          由于傳統的“旋轉電動機+滾珠絲杠”伺服進給方式難以滿足加工精度和速度要求,因而,直線電機的精密進給加工方式開始出現。雖然直線電機在機械結構方面得到大大簡化,沒有中間傳動環節,伺服系統的剛性得到很大提高,由于中間傳動環節所帶來的誤差也得到了較好的改善,但相對應也給電氣控制帶來了更高的要求。如何在傳統控制方式基礎上,充分利用計算機控制技術,實現對直線交流伺服系統的精密控制,就變得尤為重要和緊迫?;谏鲜龇治?,本文提出了基于PMAC的直線電機速度/加速度前饋控制。
          2PMAC運動控制器將機床運動控制、邏輯控制功能由獨立的運動控制器完成,運動控制器通常以PC硬件插件的形式構成系統。數控上層軟件(數控程序編輯、人機界面等)以PC為平臺,運行于Windows等主流操作系統上,這已成為開放式數控系統發展的主流結構模式。
          推出的PMAC(ProgrammableMutli-axesCon-troller)開放式多軸運動控制器為代表,DELTATAU公司利用NGC,OMAC等協議,采用PC加PMAC控制器構成的PMAC開放式數控系統,獲得了良好的應用前景。
          PMAC運動控制器提供了運動控制、離散控制、內務處理、同主機的交互等數控功能,它借助于Motorola的DSP 56001/56002數字信號處理芯片,可同時控制1~8個軸,它的速度、分辨率、帶寬等指標遠優于一般控制器,其伺服控制包括PID加NOTCH和速度、加速度等前饋控制,它甚至可連接NACRO現場總線的高速環網,直接進行生產線的聯動控制。
          一般來說,伺服控制能力只能用每h完成的操作或生產的合格零件來衡量。當今,對產品質量的要求已超過對生產率的要求,所以在設計系統時,系統的每一部件都要最好,而對于PMAC運動控制器來說,無論在處理能力、軌跡特性和輸入帶寬特性方面,其性能都遠遠地優于傳統的運動控制器。
          此外,PMAC為用戶提供了更大的柔性,它允許同一控制軟件在3種不同總線(PC-XT和AT,VMESTD)上運行,由此提供了多平臺的支持特性,并且每軸可以配置成不同的伺服類型和多種反饋類型。其具體體現為以下幾點。
          伺服接口有模擬式和數字式兩種,可以與不同伺服系統相連接。
          可以與不同檢測元件相連接:測速發電機、光電編碼器、光柵、旋轉變壓器等。
          PLC和界面功能的實現:有著內裝式軟件基金項目:國家自然科學基金資助項目(59775064)化的PLC,并可按用戶的需求訂制。
          PMAC可同PC機以串行、并行和雙口RAM等方式進行通訊。
          3基于PMAC的直線電機速度/加速度前饋控制直線電機的控制在高精度微進給的數控機床伺服驅動系統中,由于對直線交流伺服電動機控制要求比較高,因而必須考慮到一些更細微因素對系統性能的要求,諸如系統的非線性、耦合性及負載擾動、噪聲檢測等,特別是端部效應引起的推力變化等,都將使伺服系統性能變壞,難以滿足高精度微進給的要求。因此,必須采取有效的控制策略抑制這些擾動,有效地實現精密和微量的進給,以期實現精密和超精密加工。
          在直線交流伺服系統中,傳統的控制策略如PID反饋控制、解耦控制等,在交流伺服系統中得到了廣泛的應用。但在高精度微進給的高性能場合,就必須考慮到對象結構與參數變化、各種非線性的影響、運行環境的改變以及環境干擾等時變和不確定因素,才能得到滿意的控制效果。因此,現代控制策略在直線伺服電動機控制的研究中受到了很大的重視。而對控制對象、環境與任務復雜的系統最好采用智能控制方法。模糊邏輯控制、神經網絡和專家控制是當前3種比較典型的智能控制策略。
          基于PMAC的控制算法在采取各種控制方法時,基于對對象模型結構的認識,必須從直線交流伺服電動機傳動系統是一個具有高度快速性的動態系統這一具體對象的特性出發,不可能在非常短暫的動態調節過程中實現十分復雜的控制算法。同時,要針對產生擾動的不同原因的特殊性,以相應見長的控制策略對付之。伺服系統另一個重要性能就是其對指令的跟蹤能力,在理想情況下,輸出能無延遲、無超調地跟蹤輸入指令的變化。一個成功的控制策略,必須針對具體對象的特點,在滿足主要要求的同時,兼顧跟蹤能力和抗擾能力。
          在這種情況下,并考慮到PMAC強大的伺服控制功能,在傳統的PID控制算法的基礎上,再加上速度和加速度的前饋,用速度前饋來減小微分增益或測速發電機環路阻尼所帶來的跟隨誤差,用加速度前饋來補償由于慣性所帶來的跟隨誤差,同時,加上陷波濾波器來防止諧振,以抵消共振。正是基于上述的分析,提出了基于PMAC的直線電機速度/加速度前饋控制,其算法如所示。
          第一位置反饋基于PMAC的直線電機速度/加速度前饋控制算法在上述的控制算法中,各參數所代表的變量分別如下:IM:積分模式(/*34)Kf速度前饋增益(/*32)加速度增益(/*35)n1:帶阻濾波器系數(/*36)n2:帶阻濾波器系數(/*37);1:帶通濾波器系數(/*38);2:帶通濾波器系數(/*39)。
          控制算法的性能分析及參數調整在機態特性,需要對系統的控制環進行調整和校正。
          在整個機電一體化系統中,控制環對系統的影響是巨大的,因而當系統的基本特性確定后,就需要對系統的控制環進行調節,即通過伺服濾波器的調節,根據被控物理系統的動力學性能對伺服環參數進行調整、設置使得伺服系統的剛性好,系統穩定及跟蹤誤差小。
          在上述的PMAC控制器對直線電機的速度/加速度前饋控制環算法中,其中各個參數的調節電一體化系統中為了獲得磨厲態特性和和校正對系統的影響是不容忽視的。下面。net分別敘述一下系統中各參數及其調節。作為P參數的I*30,是系統的比例增益,作為I參數的I*33,是算法中的積分增益;作為D參數的I*31,是算法中的微分增益;/*32是速度前饋,通過它可減少由于微分的引入所帶來的跟隨誤差,具體調節時,對電流環,I*32應等于或略大于I*31,對速度環,I*32應遠大于I*31;/*35是加速度前饋,由它減少由于系統慣性所帶來的跟隨誤差,尤其是當反應滯后特別明顯時,應增加I*35;*34為積分模式,通過它決定積分增益是全程有效還是在控制速度為0時有效。在調整中,當I*34為0時,積分增益全程有效,當I*加上適當速度前饋后的速度拋物線運動結語隨著現代生產對小批量和個性化產品的需求,高速和超高速精密加工正變得越來越重要。作為一種新型的直線驅動技術直線交流伺服系統的精密控制正受到人們越來越多的關注和重視,基于PMAC對直線電機進行速度/加速度前饋控制,利用速度和加速度的前饋控制,從而很好地補償了電機阻尼電路和慣性等所帶來的跟隨誤差,使得系統的性能得到較大的提高,進一步提高34為1時,積分增益只在控制速度為0時才有效。當速度前饋I*32太大時,會帶來太大的跟隨誤差。在實際調節中,應使其略大于或等于微分增益I*31.與此同時,適當地加入加速度前饋,將使電機的性能達到更好。在增加了適當的速度前饋和加速度前饋后的速度/跟隨誤差曲線圖如,所示。從圖中可以看出,由于引入合適的速度前饋和加速度前饋后,跟隨誤差和速度的相關性變弱,同時,跟隨誤差也得到大幅度的下降,從而使得整個系統的控制性能得到較大的提高。
          加上適當加速度前饋后的速度拋物線運動圖機電系統的控制精度。

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