PC BASED 控制器的应用与调适

1、PC Based 控制器的應用與調適1以 PC 為基礎所發展出來的系統有以下的優點：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 PC Based CNC 工具機所須的界面包括如下：在PC 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 PC 與 CNC 工具機之界面須有：PC Based 運動控制界面卡3PC Based CNC 工具機整體架構

2、圖PC Based CNC 工具機整體架構圖PC Based CNC 工具機整體架構圖4PC Based CNC 工具機之實體照片5運動控制系統模型路徑插值(Path Interpolation)。伺服迴路控制(Servo Loop Control)。運動控制系統架構圖6插值法則線性插值法其中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

3、, dy 為每一取樣時間中，對X軸及Y軸所下的命令8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取參考輸入如下則系統可達完全追蹤，即 10case 2: 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11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12較有系統且較具物理意義之

4、 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 13 之取法故取可達位置完全追蹤。14 ZPETC 與 DVAFF 控制器之比較ZPETC 控制圖可知 DVAFF 與位置及速度迴授控制器無關，且ZPETC 比較，顯然簡化了。15系統鑑別量測實驗裝置圖16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17系統鑑別量測實驗之實驗裝置實體照片18X 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19X 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

5、-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X 軸機械本體之數學模型修正為20實驗硬體架構圖 21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22含不同 FFV 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23經加減速之斜坡響應圖ZPETC、DVAF

6、F、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24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25含不同 FFV 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26轉角運動響應圖ZPETC、DVAFF、DVFF (FFA=0)和傳統無前饋補

7、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27含不同 FFV 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28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29含不同 FFV 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

8、圖含不同 FFV 增益之 DVAFF 控制器之實驗循圓運動誤差響應圖30PC Based CNC 系統操作流程圖3132簡易單軸運動軌跡圖33YYVxVxVyVyXXttttNon-BlendedBlended多軸直線補間運動,融合與非融合式差異34CalculateTime123451234timeRExecuteCalculate程式預先計算時序圖35TATAVTTS = 0運動程式加速度(純線性) 360 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: %)37TsTsTsTs2*Ts2*TsNote that TA=2TsTVTS= 10038time