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台达运动控制器10MC在音叉切割机上高阶PID算法的应用

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台达运动控制器10MC在音叉切割机上高阶PID算法的应用

发布日期:2021-01-06 编辑: 点击:

1、前言

晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率,称为压控振荡器(VCO)。 晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。


音叉多线切割机是用于替代多刀切割机加工晶振启振音叉的设备。音叉多线切割机相对多刀切割机优点:1、加工效率高10倍;2、耗材低;3、精度高,无需进行二次加工做研磨;4、经济效益高,一次可切割上千个音叉。由于普通指令无法满足现场需求,因此只有通过简单逻辑指令开发高阶PID算法。


2、系统控制框图及说明

设备框图及工艺要求如图1。

台达运动控制器

图1 设备框图及工艺要求


音叉多线切割是一种通过金属丝的高速往复运动,把磨料带入半导体加工区域进行研磨,将晶体一次同时切割为数千片薄片的一种新型切割加工方法。因此该套设备的难点是收放线轴与主轴高速同步保持不断线,并且保证恒定张力。高速同步保证是通过收放线张力伺服编码器反馈输出值与给定值差,通过高阶PID算法调整收放线轴速度,从而保证恒定张力。


3、配置方案选型及程序

该设备一共有八颗伺服,因此控制器选用台达10MC总线运动控制器,如图2所示。

台达运动控制器

图2 台达10MC总线运动控制器


DVP10MC11T是台达自主研发的基于CANopen现场总线的多轴运动控制器,它遵循CANopen DS301基本通讯协议和DSP402运动控制协议,同时还支撑大部分国际组织所定义的运动控制标准指令库,极大方便使用者快速入门,迅速的进行项目开发。


DVP10MC11T 是一个多功能控制器,其内部包含标准PLC 模块和MC 运动控制模块两大功能模块(如图2)。PLC模块与台达其它DVP系列PLC功能相似,使用方法也相同,通过WPLSoft或ISPSoft 编程App,可以编写梯形图,顺序功能图,指令表等台达标准的PLC 逻辑程序。PLC 模块同时还支撑左侧和右侧两个扩展接口,左侧为高速并行扩展口,可以连接Z多7台现场总线主站模块(DeviceNet,CANopen主站等)、以太网模块及高速模拟量模块等,右侧用来连接原DVP-S系列PLC的扩展模块(如低速模拟量及数字量模块)。MC运动控制模块主要通过CANopen总线,对伺服驱动器进行精密的控制,以完成用户所希望的速度控制、位置控制等功能。MC 运动控制模块采用CANopenBuilder App进行运动控制编程,来实现各种复杂的运动控制任务,运动控制语言以图形化的方式提供用户编写运动控制功能,使用简洁,易于学习理解。
10MC控制器是CANopen总线控制器,台达A2-M伺服支撑CANopen通讯。与10MC控制器配套选用。配线大大简化、控制更加精确,能够满足高端设备的应用需求。


4、设置各个轴的轴参数

台达运动控制器

 图3 控制结构图 

台达运动控制器

图4 各轴伺服参数


5、数学模型建立

5.1 PID控制系统

连续一时间PID控制系统如图所示。图5中,D(s)为控制器。在PID控制系统中,D(s)完成PID控制规律,称为PID控制器。PID控制器是一种线性控制器,用输出量y(t)和给定量r(t)之间的误差的时间函数e(t)=r(t)-y(t)。

台达运动控制器

图5 PID控制


图中的比例,积分,微分的线性组合,构成控制量u(t)称为比例(Proportional),积分(Integrating),微分(Differentiation)控制,简称PID控制。


5.2 增量算法

当实行机构需要的不是控制量的绝对值,而是控制量的增量(例如去驱动步进电动机)时,需要用PID的“增量算法”。

台达运动控制器

图6 PID增量控制


由位置算法求出:

台达运动控制器

两式相减,得出控制量的增量算法式称为增量式PID算法。

式中已看不出是PID的表达式了,也看不出P、I、D作用的直接关系,只表示了各次误差量对控制作用的影响。从式中看出,数字增量式PID算法,只要贮存Z近的三个误差采样e(k)、e(k-1)、e(k-2)就足够了。程序如图7、图8。

台达运动控制器

图7 程序图
 台达运动控制器
图8 程序图


3、离散化增量式PID算法的数据监控

根据PID算法模型,高速运行时,收线放线伺服输出偏差正负5转以及张力摆动扭矩正负1牛。同时监视主轴、张力、放线伺服的波形如图9、图10和图11。

台达运动控制器

台达运动控制器

图11 放线伺服的波形图


通过监视波形,在张力轮的角度发生偏差后,收放线速度能够快速的进行改变,保持张力轮稳定在一个相对固定的位置。由此可知,离散增量式PID算法在这种快速响应的控制系统中是可行的。


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关键词:台达运动控制器,台达A2伺服,台达PLC

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