PCBASED控制器的应用与调适

PC Based 控制器的應用與調適控制器的應用與調適1 1以以 PC 為基礎所發展出來的系統有為基礎所發展出來的系統有以下的優點：以下的優點：能夠結合國內在 PC 上優秀的軟、硬體開發能力。能夠運用 PC 上已開發的豐富軟、硬體資源，減少重新開發的浪費。能夠採用 PC 上豐富而價廉之發展環境，縮短開發的時程和成本。對市場俱有相當之親和力，接受度高。2 2 PC Based CNC 工具機所須的界工具機所須的界面包括如下：面包括如下：在在PC 上須有上須有：人機界面(Man Machine Interface)簡稱MMI中央處理器(CPU)RAM 記憶體數位輸入輸出點(DIO)在在 PC 與與 CNC 工具機之界面須有：工具機之界面須有：PC Based 運動控制界面卡3 3PC Based CNC 工具機整體架構圖工具機整體架構圖PC Based CNC 工具機整體架構圖PC Based CNC PC Based CNC 工具機整體架構圖工具機整體架構圖工具機整體架構圖工具機整體架構圖4 4PC Based CNC 工具機之實體照片工具機之實體照片5 5運動控制系統模型運動控制系統模型路徑插值路徑插值(Path Interpolation)。伺服迴路控制伺服迴路控制(Servo Loop Control)。運動控制系統架構圖6 6插值法則插值法則線性插值法線性插值法其中DX，DY 表示兩控制點間之 X 軸及 Y 軸的座標差r 表示兩控制點之距離V 表示進給速率；T 為取樣時間N 為兩控制點所須內插的次數，dx，dy為每一取樣時間中，對X軸及Y 軸所下的命令7 7圓弧插值法圓弧插值法V 為進給速率；R 為圓弧半徑 為角速率T 為取樣時間 為每一取樣時間之角度變化量A 表；B 表 dx,dy 為每一取樣時間中，對X軸及Y軸所下的命令8 8伺服控制迴路架構圖伺服控制迴路架構圖伺服控制迴路架構圖PG：位置控制器：速度控制器：零階保持器：機械本體(伺服馬達含床檯)其中 a、b 為機械本體之系統參數 9 9零相位誤差追蹤控制（零相位誤差追蹤控制（ZPETC）ZPETC 追蹤控制圖case 1:不含單位圓外的零點不含單位圓外的零點取參考輸入如下則系統可達完全追蹤，即 1010case 2:含單位圓外的零點含單位圓外的零點：可消去的零點：不可消去的零點取參考輸入如下 而轉移函數為 與 無相位扭曲(Phase Shift)且低頻時1111直接速度、加速度前饋控制器直接速度、加速度前饋控制器（DVAFF Controller）DVAFF 控制圖 與 之轉移函數如下1212較有系統且較具物理意義之較有系統且較具物理意義之 取法取法速度控制迴路圖其轉移函數為若要達到速度完全追蹤，則 1313 之取法之取法故取可達位置完全追蹤。1414 ZPETC 與與 DVAFF 控制器之比較控制器之比較ZPETC 控制圖可知可知 DVAFF 與位置及速度迴授控制器無關，與位置及速度迴授控制器無關，且且ZPETC 比較，顯然簡化了比較，顯然簡化了。1515系統鑑別量測實驗裝置圖系統鑑別量測實驗裝置圖1616系統鑑別實驗設備照片系統鑑別實驗設備照片HP3562A 動態信號分析儀及繪圖機之實體照片ONO SOKKI FV-900 F/V 轉換器之實體照片1717系統鑑別量測實驗之實驗裝置實體照片系統鑑別量測實驗之實驗裝置實體照片1818X 軸受控系統量測結果之波德圖Y 軸受控系統量測結果之波德圖1919X 軸機械本體之數學模型Y 軸機械本體之數學模型F/V 轉換器的增益值為：24000 Pulse/sec-Volt)D/A 轉換器的增益值為：10/2048(10 Volt 對應 12 Bit D/A)因此得到Y 軸機械本體之數學模型修正為系統參數量測系統參數量測X 軸機械本體之數學模型修正為2020實驗硬體架構圖實驗硬體架構圖 2121經加減速之步階響應圖經加減速之步階響應圖ZPETC、DVAFF、DVFF(FFA=0)和傳統無前饋補償之控制器模擬步階響應圖ZPETC、DVAFF、DVFF(FFA=0)和傳統無前饋補償之控制器實驗步階響應圖2222含不同含不同 FFV 增益之經加減速步階響應圖增益之經加減速步階響應圖含不同 FFV 增益之 DVAFF 控制器之模擬步階響應圖含不同 FFV 增益之 DVAFF 控制器之實驗步階響應圖2323經加減速之斜坡響應圖經加減速之斜坡響應圖ZPETC、DVAFF、DVFF(FFA=0)和傳統無前饋補償之控制器模擬斜坡響應圖ZPETC、DVAFF、DVFF(FFA=0)和傳統無前饋補償之控制器實驗斜坡響應圖2424經加減速之斜坡誤差響應圖經加減速之斜坡誤差響應圖ZPETC、DVAFF、DVFF(FFA=0)和傳統無前饋補償之控制器模擬斜坡誤差響應圖ZPETC、DVAFF、DVFF(FFA=0)和傳統無前饋補償之控制器實驗斜坡誤差響應圖2525含不同含不同 FFV 增益之經加減速斜坡響應圖增益之經加減速斜坡響應圖含不同 FFV 增益之 DVAFF 控制器之模擬斜坡響應圖含不同 FFV 增益之 DVAFF 控制器之實驗斜坡響應圖2626轉角運動響應圖轉角運動響應圖ZPETC、DVAFF、DVFF(FFA=0)和傳統無前饋補償之控制器模擬轉角運動響應圖ZPETC、DVAFF、DVFF(FFA=0)和傳統無前饋補償之控制器實驗轉角運動響應圖2727含不同含不同 FFV 增益之轉角運動響應圖增益之轉角運動響應圖含不同 FFV 增益之 DVAFF 控制器之模擬轉角運動響應圖含不同 FFV 增益之 DVAFF 控制器之實驗轉角運動響應圖2828循圓運動誤差響應圖循圓運動誤差響應圖ZPETC、DVAFF、DVFF(FFA=0)和傳統無前饋補償之控制器模擬循圓運動誤差響應圖ZPETC、DVAFF、DVFF(FFA=0)和傳統無前饋補償之控制器實驗循圓運動誤差響應圖2929含不同含不同 FFV 增益之循圓運動誤差響應圖增益之循圓運動誤差響應圖含不同 FFV 增益之 DVAFF 控制器之模擬循圓運動誤差響應圖含不同 FFV 增益之 DVAFF 控制器之實驗循圓運動誤差響應圖3030PC Based CNC 系統操作流程圖系統操作流程圖31313232簡易單軸運動軌跡圖3333YYVxVxVyVyXXttttNon-BlendedBlended多軸直線補間運動,融合與非融合式差異3434CalculateTime123451234timeRExecuteCalculate程式預先計算時序圖程式預先計算時序圖3535TATAVTTS=0運動程式加速度(純線性)36360 TS100Ts=TA*TS/2TsTsTsTsTVTaTaTA運動程式加速時間(單位:msec)TS運動程式S曲線加速時間(單位:%)3737TsTsTsTs2*Ts2*TsNote that TA=2TsTVTS=1003838timeTATAVtimeTATATATM orDP/FTM orDP/FTM orDP/F直線補間軌跡3939VtimeTATATAVtimeTATATATATM orDP/FTM orDP/FTM orDP/FTM orDP/FTM orDP/F直線補間軌跡4040