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          Aerotech控制器高带宽闭环力控制

          2019年03月15日 17:40:52 供稿:艾罗德克运动控制技术(上海)有限公司

          直线定位平台一般基于编码器按设定的运动轨迹进行精确定位。这些编码器?#29615;?#38754;用于定位,另?#29615;?#38754;通常同时用于无刷伺服电机的换向。

          然而对于某些应用而言,位置控制却没有力控制重要,比如材料压合应用。当把两个物体压合在一起时,如果我们是控制位置量,那么由于物体厚度、环氧树脂量和平台反向间隙等变化因素会极大地影响压合力的大小,造成力过大或过小而不能成功实现压合。如果我们将力反馈作为伺服环的“位置”给定,那么我们就可以确保每次都施加同样大小的力,不论如上影响因素如何变化。

          气动解决方案的缺点是力控不够精细且难以适应各种工艺变化。

          力控其它应用场合还有力数据回放和振动测试等。

          在如下的例子中,首?#32570;?#27979;件在位置控制模式下移动到某个加载/?#23545;?#20301;置,当移动到目标位置时切换到力控模式进行测试或操作。此时,按工艺要求,可以保持一个恒力,或者某些情况下需要一个按设定时序精确变化的力。这就需要可以如控制位置一样控制力。

          有两种基本方法可以实现力控制:自动聚焦环路控制和传统PID环路控制。根据具体的应用场合选择其中某个更好的控制方式。我们这里描述的方法是传统PID方法,这个方法用于力闭环带宽要求较高的场合。自动聚焦方法通常只能达到1/5的PID方法的带宽。

          关键设置点?#21512;?#32479;要设置成双闭环模式。编码器用作速度环路反馈输入和电机换向。测力传感器输出作为位置环路反馈输入。Ensemble控制器可以接收+/-10V模拟量输入信号。模拟输入通过16位ADC采样,所以其?#30452;?#29575;是+/-32767。

          此次测试中的力传感器输出+/-1V信号,所以Ensemble接收到的最大值会是+/-3276。

          当不需要力控而需要用于加载/?#23545;?#25805;作的简单定位控制时,可以通过简单的程序把控制器切换为单闭环控制模式,即设置位置反馈和速?#30830;?#39304;都来自编码器(光栅尺)。

          以下测试中用到的产品和仪器如下:

          控制器:EnsembleHPe10

          直线平台:LMA-300(内装有BLM142电机和1um?#30452;?#29575;光栅尺)

          力传感器:Omega51-50

          参数设置:如下参数都要设置好

          力控模式参数设置:

          控制器

          位置模式参数设置:

          运动控制

          1CountsPerUnit基于Aerotech驱动器的ADC。16位模拟量输入的范围是+/-10V,-10V等于ADC的0单位,10V等于65536单位,0V等于32768单位。1磅力对应的ADC单位数需要通过计算得到。比如10V输出时对应测量到的力是350磅,那么CountsPerUnit就是32768/350=93.6229单位/磅。

          2CountsPerUnit基于?#30452;?#29575;和用户单位。比如当编码器?#30452;?#29575;为0.25um和编程单位为mm时,这个参数就是1mm/0.00025mm=4000CountsPerUnit。

          3CountsPerUnit参数更改需要重启控制器才能生效。如下例子中,这可用于计算一个转换系数,这样运动指令可以按一定比例转换,从而可以保持原有的系数而编程中可以用新的单位。

          运动控制

          两种模式的调试参数会有所不同,可以基于力控模式?#25925;?#20301;置控制模式设置成不同值。

          每种模式的增益参数需要?#30452;?#35843;试。Autotune工具可以用于位置控制模式调试。Autotune同样也可以用于力控模式,或者可以通过?#33258;?#21709;应方法来手动调试增益参数。

          运动控制

          图1?#33322;自?#30456;应曲线观察误差变化

          例子程序:

          首先系统设置成基于编码器反馈的位置控制模式,然后切换到力控模式。

          程序中的参数基于位置控制模式设定。例程调用了ForceControl函数库。

          速?#30830;?#39304;类型不能配置成NONE值。

          运动控制

          运动控制

          运动控制

          以上程序的部分力控曲线?#36857;?/p>

          运动控制

          同一图上显示力控和?#23545;?#36816;动曲线:

          运动控制

          以7磅力幅值和3Hz频率往复力控制:

          运动控制

          以1磅力单位增量步进然后返回曲线?#36857;?/p>

          运动控制

          如上图中某个步进阶梯的在位稳定性放大?#36857;?#20197;AD计数为单位):

          运动控制

          如上图以磅为单位时:

          运动控制

          从上图中我们可以观察到模拟量输入变化值是644uV。每个AD单位计数约为305uV,因此抖动幅度为2个计数单位。基于力传感器的?#30452;?#29575;可以?#21368;?#20320;可以多快地跟随给定的力命令。

          翻译:胡杰辉,控制系统经理,Aerotech中国,[email protected]

          本文链接:http://www.ynfl.icu/tech/detail.aspx?id=36086

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