基于全数字伺服控制单元的运动控制算法的研究

摘 要：文章阐述了基于全数字伺服控制单元的位置控制系统的特点，并且对运动控制算法进行了分析，研究并实现了一种新的基于全数字伺服控制单元的运动控制算法。 关键词：伺服控制；编码器；反馈误差；比例增益 Research In Motion Control Algorithm Based On Digital Servo Control Unit XU Yong-qian, ZHANG Yu, CHEN Tao-bo,WANG Xiao-dan (Automation Engineering R&M Center, Guangdong Academy of Sciences, Guangzhou 510300, China) Abstract : The characteristic of motion control system based on servo control unit is pointed out, and the motion control algorithm has been analyzed. In a word, a new kind of motion control algorithm based on digital servo control unit has been designed. Key words: servo control; encoder; feedback error; proportional gain 1 引 言 数字控制是指控制系统中发出的信号是脉冲信号。数字式全闭环伺服控制系统是一种同时具有位置控制和速度控制两种功能的反馈控制系统。控制单元发出的指定位置值与位置检测值的差值就是位置误差，它反映的实际位置总是滞后于指定位置值。位置误差经处理后作为速度控制量控制进给电机的旋转，使实际位置也以此速度变化，而且实际位置始终跟随指定位置，当指定位置停止变化时，实际位置等于指定位置。数字控制系统的优点是，由于采用数字信号，抗干扰能力强；应用系统简单，易于开发；系统稳定性好。 2 运动控制算法 传统的交流伺服系统只能实现对速度的闭环控制，还不能直接实现对位置的闭环控制。要实现对位置的闭环控制，必须在伺服电机和控制系统之间构成一个位置环。这个位置环是由数字伺服控制单元来完成的。位置环的功能是实现位置闭环控制，输入脉冲实际上是一个差动脉冲，即由预先设定好的脉冲给定与反馈回的实际测量脉冲的差值，即根据给定位置和测量位置以及动态的误差，计算所要求要达到的速度参考，并将其提供给伺服驱动单元。如图1所示为数字伺服控制单元的运动控制算法框图： 整个数字伺服控制系统是靠实时监控和调整速度参数，即伺服驱动单元的输入脉冲来控制伺服马达。而运动控制算法用来计算这个速度参数。由上图，可以看出速度参数是由位置给定、测量脉冲和反馈误差这三个参数来决定的。另外，五个增 整个算法是以PID(比例、积分和微分)控制为理论基础，其最大的优点在于不需了解被控对象的数学模型，只要根据经验调整上述增益参数，便可获得满意的结果。 3算法的实现 根据上述运动控制算法的分析，利用C语言设计、编制了全闭环运动控制的测试程序。具体的控制流程图如下： 为了增强系统的稳定性，位置增量采取限幅处理，因为位置增量过大不利于安全操作和系统的稳定，而输出限幅处理是为了在位置设定值突变时，防止计算结果可能大于执行机构的极限。 4 结束语 文章对全数字伺服控制单元的运动控制算法进行了阐述和分析，研究并编程实现了一种新的基于全数字伺服控制单元的运动控制算法。由于用软件编程方法实现该运动控制算法，参数变化十分灵活，因而可以获得广泛的应用。 参考文献 [1] 秦忆等．现代交流伺服系统[M]．华中理工大学出版社，1995． [2] 王晓春等．实用数控与编程技术[M]．国防工业出版社，1993． [3] 夏超英．交直流传动系统的自适应控制[M]．机械工业出版社，1999． [4] 孙增圻．智能控制理论与技术[M]．清华大学出版社，1997．