基于TurboPMAC的直线伺服电机改进PID控制策略研究

　　0　引言

　　直线电机是一种可以将电能直接转换成直线运动机械能的传动装置,广泛地用于邮电、航天、铁道、电力等诸多领域,高速磁悬浮列车也采用了直线电机技术。在直线电机出现之前,直线运动是由旋转电机加上某种将旋转运动变换成直线运动的转换机构来实现的。而直线电机不受机械传动部件的限制,能将电功率直接转换为直线运动,具有无间隙、高刚性、高速度和高加速度的特点。但正是由于直线电机的零摩擦或低阻尼,使得直线电机更易造成运动的振动,并且会产生由于对负载的敏感而造成控制性能下降,尤其要克服直线电机在调整运动中动态响应及噪声影响问题。作者主要是通过在以Turbo PMAC为硬件控制平台的前提下,提出了一种改进的PID控制算法,以求通过伺服控制算法提高直线伺服电机运动的稳定性及减小随误差,从而达到有效地抑制电机振动的目的[1]。

　　1　PMAC运动控制器

　　Turbo PMAC是美国DeltaTau公司在PMAC的基础上推出的基于工业PC和W indows操作系统的开放式多轴运动控制器,它采用了更高速度的DSP56300系列数字信号处理器,提供全新的高性能技术和W indows平台接口,满足用户在运动控制各个领域的需要[2]。Turbo PMAC可同时控制1—32个轴,实现多轴联动控制。Turbo PMAC既可单独执行存储于控制器内部的程序,也可执行运动程序和PLC程序。它可以自动对任务优先级进行判别,从而进行实时多任务处理。它的速度、分辨率、带宽等指标远优于一般控制器,其伺服控制包括PID加NOTCH和速度、加速度等前馈控制,它甚至可连接NACRO现场总线的高速环网,直接进行生产线的联动控制。

　　同先前版本的PMAC多轴运动控制器相比, Tur-bo PMAC除运算速度和内存增加外,还增加了许多新的控制特性,主要有先进的超前观测功能,内建的正运动学和逆运动学计算能力,三维刀具半径补偿功能,多端口连续通讯能力,为每个电机制定正弦转换表,可单独选择电机的PID伺服控制算法或使用外部定义的算法,增加了同步M变量缓冲区,为每个坐标系设置两个伺服速率定时器,运动轨迹反求能力[3]。其中正、逆运动学计算功能和伺服控制算法定义功能,体现了Turbo PMAC运动平台在面向用户的开放性方面向前跨了一大步,使用户能够灵活地在该平台上配置自己的运动算法,快速开发复杂的伺服运动应用产品。

　　2　PID控制器设计

　　在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制。PID控制器问世至今已有70多年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而广泛应用于运动控制中。Turbo PMAC系列运动控制器就采用了PID控制方法。