PMAC控制下的高精度轉臺雙閉環伺服系統設計與調試

PMACⅡ型卡提供了編碼器譯碼方式可以是內部脈沖＋方向，其譯碼器輸出的脈沖＋方向信號是由n 通道中的脈沖頻率調節器（PFM）輸出電路產生的。它可以產生一個假想的閉環來驅動開環步進系統。我們分析如果將轉臺的編碼器譯碼方式設置為內部脈沖＋方向，其譯碼輸出由內部脈沖頻率調節器（PFM）輸出電路產生，這樣可以避免一些PMAC 與驅動器間的不匹配。在將I7240 設置為8（內部脈沖＋方向）后，我們將轉臺閉環后，來回漂動現象消除了，用“j＝10000”運行（手動走到絕對位置為10000counts 處）后編碼器反饋顯示為10000counts，沒有了抖動，并且在設置為內部脈沖＋方向后，根據運行結果看，其編碼器反饋進入PMAC 后也進行了四倍頻，分辨率達到2621440 脈沖數/轉。到此，該故障得以排除。

2.3 PID 調節

在系統中，為了獲得良好的穩態特性和動態特性，需要對系統的控制環進行校正和調整，所以當系統的基本特性（包括機械傳動、電機選型等）確立后，就需要對系統的控制環進行調整了。在以PMAC 為核心控制器的系統中，通過調節它提供的PID＋速度/加速度前饋調節器的參數能解決大部分的系統特性問題，這些參數包括比例增益（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，如圖2 所示。

圖2 典型PID伺服環

Pewin32 提供了兩種信號源（脈沖和正弦波信號）進行PID調整，脈沖響應過程主要是用來調整系統的P、I、D 等參數，而正弦波響應主要是用來調整系統的動態特性。PID 調整過程首先將所有運行的運動程序和PLC 程序停止，然后下載自己一段小程序，讓電機轉動，實時采集數據，繪制出脈沖或正弦響應曲線，讓用戶通過響應曲線來判斷系統的特性。

PID 調整必須在了解各參數的具體作用，并不斷的實驗，最好是先作脈沖響應調整，主要調整比例、積分、微分增益，在脈沖響應曲線調整最好的狀態下，不要更改比例、積分、微分增益，作正弦響應調整，正弦響應調整主要調整速度、加速度前饋和摩擦增益等參數，以下對轉臺空載的PID 進行調整，在經多次調整后我們得出了各參數的最優化設定值。各參數意義及設定值，如表1 所示。

表1 PID調節參數意義及設定值

在該參數下，得出脈沖響應和正弦響應曲線，如圖3 所示。從圖中可以看出，脈沖響應曲線中，命令位置和實際位置基本重合，正弦響應曲線中指令速度曲線和時間速度曲線已經完全重合，速度跟隨誤差很下，幅值只有±4 個脈沖。在該種調試狀態下，我們用數控程序運行轉臺時其跟隨誤差只有1 個脈沖計數，相當在圓周上0.5s 角度的誤差，其動態響應已經相當快了。

圖3 PID調整曲線

3 結 論

對轉臺的調試過程中，一般會遇到許多的問題，總結起來在調試時應注意：

（1）硬件連線：仔細檢查驅動器與轉臺、驅動器與控制卡之間的連接，編碼器反饋的連接。
（2）環境干擾：外界溫度、振動、電磁干擾都可能影響到系統的精度與動態特性，調試時應有良好的環境。
（3）PMAC 參數的設置：對于PMAC 卡，由于其型號較多，不同的型號參數設置不太一樣，調試過程中需要仔細研究其參數的設置。
（4）PID 調節：PID 調節直接影響到系統特性，PID 參數調節要根據各參數的特點，不斷的實驗，找到一個最佳的參數配置。