運動控制系統中PID調節器設計

趙碩偉

（新疆輕工職業技術學院 新疆 烏魯木齊 830021）

1 硬件設計

主機采用的是PC機，核心微處理器是關鍵設備，采用的是DSP。在PC機的影響和作用下，需要對數據采取粗處理的方式，然后再把處理好的數據傳遞到運動控制系統之中，為了順利的完成傳遞，應用了DSP—PC通訊接口的方式效果較好。要注意的是光電編碼器的作用和性能，對反饋信號處理電路的結果進行分析時采用了DSP技術，通過計算獲取定位置的誤差值。在軟件位置調節器的作用下，擱置控制量被確定來，經過計算獲取運動速度控制量，經過D/A轉換后，傳輸信號把模擬電壓量向伺服放大器傳遞，對伺服電機加以控制，完成對位置閉環的控制。

1.1 DSP外部中斷接口處理

由于受到工作行程等條件的制約，運動控制器在遇到超過控制范圍的情況時，遇到限位中斷的情況，同時編碼器INDEX的信號也隨之中斷。每個控制軸有兩個限位開關，分為正反兩方向，同時產生的限位信號有兩個，即軸有4個，限位信號有8個，在CPLD的作用下，這些信號被接到DSP的中斷管腳XINT1。這些信號在光耦電路的作用下，與DSP的I/O口連接起來。如果運動到限位開關時，則會對DSP造成觸動，導致外部信號XINT1被中斷，以I/O為依據，DSP會做出判斷，確定哪個開關屬于超出工作范圍運轉。在DSP的I/O口處，把8個限位開關進行操作，使其分別被接入其中，然后還需要對MCRA和MCRB進行設置，數值為0。需要讀取限位輸入信號的狀態，可以通過寄存器PADATDIR和PBDATDIR對應的數據位來獲取具體數據，另外還要注意的是對應數據方向位設置（為0），使這些I/O管腳工作處于”輸入”狀態。在處理編碼器INDEX信號時，采用的相同的方法處理，在每個軸上都有INDEX信號，共有4個軸，由此可知INDEX信號有4個。在邏輯與門的影響和作用下，隨之產生中斷信號，并接到XINT2，需要注意的是同時還接到I/O口，在出現中斷的情況時，可以采取DSP讀入。

1.2 四軸編碼器信號處理

從電路的設計來看，采取的是四軸編碼器信息處理電路的方式，以光電編碼器輸出的情況為例，可以看到兩組相差90。的方法信號處理。經過這些操作后，確定了執行元件的具體益，并進行輸入操作，設置16位的數字量，同時還要向中央處理器反饋結果，從編碼處理器的構成來看，是由幾個功能模塊共同組成，分別是濾波、倍頻、計數模塊，從傳統的四軸編碼器信號處理的情況來看，電路采用的是分立元件的方法設計而成的，可靠性較高，但是抗干擾能力較差。在進行單片并行四軸編碼器設計時，在處理電路時應了CPLD，這是由于這種方式的優勢較為顯著，具有較好的實時性，加之硬件體積較小，工作效率較高，可以使系統的集成度顯著提升。與分元件相比，單片并行四軸編碼信號的具有顯著優勢，處理電路集成都在一個片子上，其功能體現在兩方面，一方面是從參數特性進行研究，發現在單片芯片中，不論是門電路還是觸發器參數，并不存在差異的問題，只要轉速相同，脈沖信號脈沖周期是一致的。從另一方面來看，電路存在于單個芯片之中，與分離器件所形成的電路相比，抗干擾性更高，系統的靈活度更高，通用性和可靠性都得到保障。從系統的時鐘功能和輸出功能來看，SELCET是輸出選擇信號并把信號分時送到數據總線。

在研究時，正負不予考慮，t產生的脈沖有兩個，另外在延遲的r內，受到異或門的作用的影響，脈沖得以實現。

2 控制算法的設計

2.1 控制模型

運動控制器是不可缺少的設施，在驅動和位置控制系統中，出現動態和靜態兩種性能，這對運動速度、跟蹤和定位精度等指標具有決定性作用。從實際情況來看，位置伺服控制所占地位仍然重要，控制方法以經典控制為主，從比例型和比例-積分型這兩種算法來看，優點是算法更加簡單，實現的難度較小。但是從存在的問題來看，控制參數適應性并不理想，處于較差狀態，對于干擾并不具備抵抗能力。目前制造業對于效率的要求越來越，追求生產高質量產品，為了滿足形狀復雜零件的加工要求，使伺服系統更具穩定性，達到較高的精度，使動態響應特性得以改善，使系統參數變化的自適應性得以提升，達到較好的抗干擾性能，為了實現這些目標，發展先進的控制技術是大勢所趨，但是從目前的實際情況來看，雖然 有很多控制方法被研發出來，但是實用價值并不高郵，從其表現看主要體現在以下三個方面：（1）由于算法計算量等因素的制約，控制實時性的要求無法解決。（2）控制理論存在缺陷，參數設計并不完善，穩定性分析的效果并不理想。（3）建模誤差的問題一直沒有解決，對控制品產生限制作用。需要設計出智能型位置控制器進行管理，采取的是線單神經元PID與CMAC并行控制的方式，在數控系統中應用了這種方法，達到較好的控制效果。

3 結語

由于控制技術和運動系統的共同作用，產生了運動控制器。對電機、傳感器、微電子等多學科交叉應用技術具有控制作用。從其發展趨勢來看，核心思想已經確定，即柔性化。從目前的發展情況來看，各類MCU發展的速度很快，不但能夠進行快速運算，加之價格低廉、種類繁多等優點而得到廣泛應用。還要引起注意的是由于MCU不同，其應用也不同，并形成不同的專用控制電路，使不同的應用需求得到滿足，電路的安全性也隨之提升，穩定性能達到更高標準。

[1]董謙，謝劍英.運動控制系統中PID調節器設計[J].電氣自動化，2001，23(6):23-25.