PMAC控制下的高精度转台双闭环伺服系统设计与调试

PMACⅡ型卡提供了编码器译码方式可以是内部脉冲＋方向，其译码器输出的脉冲＋方向信号是由n 通道中的脉冲频率调节器（PFM）输出电路产生的。它可以产生一个假想的闭环来驱动开环步进系统。我们分析如果将转台的编码器译码方式设置为内部脉冲＋方向，其译码输出由内部脉冲频率调节器（PFM）输出电路产生，这样可以避免一些PMAC与驱动器间的不匹配。在将I7240 设置为8（内部脉冲＋方向）后，我们将转台闭环后，来回漂动现象消除了，用“j＝10000”运行（手动走到绝对位置为10000counts 处）后编码器反馈显示为10000counts，没有了抖动，并且在设置为内部脉冲＋方向后，根据运行结果看，其编码器反馈进入PMAC后也进行了四倍频，分辨率达到2621440 脉冲数/转。到此，该故障得以排除。

2.3 PID 调节

在系统中，为了获得良好的稳态特性和动态特性，需要对系统的控制环进行校正和调整，所以当系统的基本特性（包括机械传动、电机选型等）确立后，就需要对系统的控制环进行调整了。在以PMAC 为核心控制器的系统中，通过调节它提供的PID＋速度/加速度前馈调节器的参数能解决大部分的系统特性问题，这些参数包括比例增益（proportional）、积分增益（integral）、微分增益（differential）（即PID 控制）；速度、加速度前馈（feedforward）；摩擦增益等等。典型PID 伺服环，如图2 所示。

图2 典型PID伺服环

Pewin32 提供了两种信号源（脉冲和正弦波信号）进行PID调整，脉冲响应过程主要是用来调整系统的P、I、D 等参数，而正弦波响应主要是用来调整系统的动态特性。PID 调整过程首先将所有运行的运动程序和PLC 程序停止，然后下载自己一段小程序，让电机转动，实时采集数据，绘制出脉冲或正弦响应曲线，让用户通过响应曲线来判断系统的特性。

PID 调整必须在了解各参数的具体作用，并不断的实验，最好是先作脉冲响应调整，主要调整比例、积分、微分增益，在脉冲响应曲线调整最好的状态下，不要更改比例、积分、微分增益，作正弦响应调整，正弦响应调整主要调整速度、加速度前馈和摩擦增益等参数，以下对转台空载的PID 进行调整，在经多次调整后我们得出了各参数的最优化设定值。各参数意义及设定值，如表1 所示。

表1 PID调节参数意义及设定值

在该参数下，得出脉冲响应和正弦响应曲线，如图3 所示。从图中可以看出，脉冲响应曲线中，命令位置和实际位置基本重合，正弦响应曲线中指令速度曲线和时间速度曲线已经完全重合，速度跟随误差很下，幅值只有±4 个脉冲。在该种调试状态下，我们用数控程序运行转台时其跟随误差只有1 个脉冲计数，相当在圆周上0.5s 角度的误差，其动态响应已经相当快了。

图3 PID调整曲线

3 结 论

对转台的调试过程中，一般会遇到许多的问题，总结起来在调试时应注意：

（1）硬件连线：仔细检查驱动器与转台、驱动器与控制卡之间的连接，编码器反馈的连接。
（2）环境干扰：外界温度、振动、电磁干扰都可能影响到系统的精度与动态特性，调试时应有良好的环境。
（3）PMAC 参数的设置：对于PMAC 卡，由于其型号较多，不同的型号参数设置不太一样，调试过程中需要仔细研究其参数的设置。
（4）PID 调节：PID 调节直接影响到系统特性，PID 参数调节要根据各参数的特点，不断的实验，找到一个最佳的参数配置。