時(shí)間:2019-03-15 17:40:52來(lái)源:艾羅德克運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)(上海)有限公司
直線(xiàn)定位平臺(tái)一般基于編碼器按設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行精確定位。這些編碼器一方面用于定位,另一方面通常同時(shí)用于無(wú)刷伺服電機(jī)的換向。
然而對(duì)于某些應(yīng)用而言,位置控制卻沒(méi)有力控制重要,比如材料壓合應(yīng)用。當(dāng)把兩個(gè)物體壓合在一起時(shí),如果我們是控制位置量,那么由于物體厚度、環(huán)氧樹(shù)脂量和平臺(tái)反向間隙等變化因素會(huì)極大地影響壓合力的大小,造成力過(guò)大或過(guò)小而不能成功實(shí)現(xiàn)壓合。如果我們將力反饋?zhàn)鳛樗欧h(huán)的“位置”給定,那么我們就可以確保每次都施加同樣大小的力,不論如上影響因素如何變化。
氣動(dòng)解決方案的缺點(diǎn)是力控不夠精細(xì)且難以適應(yīng)各種工藝變化。
力控其它應(yīng)用場(chǎng)合還有力數(shù)據(jù)回放和振動(dòng)測(cè)試等。
在如下的例子中,首先被測(cè)件在位置控制模式下移動(dòng)到某個(gè)加載/卸載位置,當(dāng)移動(dòng)到目標(biāo)位置時(shí)切換到力控模式進(jìn)行測(cè)試或操作。此時(shí),按工藝要求,可以保持一個(gè)恒力,或者某些情況下需要一個(gè)按設(shè)定時(shí)序精確變化的力。這就需要可以如控制位置一樣控制力。
有兩種基本方法可以實(shí)現(xiàn)力控制:自動(dòng)聚焦環(huán)路控制和傳統(tǒng)PID環(huán)路控制。根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合選擇其中某個(gè)更好的控制方式。我們這里描述的方法是傳統(tǒng)PID方法,這個(gè)方法用于力閉環(huán)帶寬要求較高的場(chǎng)合。自動(dòng)聚焦方法通常只能達(dá)到1/5的PID方法的帶寬。
關(guān)鍵設(shè)置點(diǎn):系統(tǒng)要設(shè)置成雙閉環(huán)模式。編碼器用作速度環(huán)路反饋輸入和電機(jī)換向。測(cè)力傳感器輸出作為位置環(huán)路反饋輸入。Ensemble控制器可以接收+/-10V模擬量輸入信號(hào)。模擬輸入通過(guò)16位ADC采樣,所以其分辨率是+/-32767。
此次測(cè)試中的力傳感器輸出+/-1V信號(hào),所以Ensemble接收到的最大值會(huì)是+/-3276。
當(dāng)不需要力控而需要用于加載/卸載操作的簡(jiǎn)單定位控制時(shí),可以通過(guò)簡(jiǎn)單的程序把控制器切換為單閉環(huán)控制模式,即設(shè)置位置反饋和速度反饋都來(lái)自編碼器(光柵尺)。
以下測(cè)試中用到的產(chǎn)品和儀器如下:
控制器:EnsembleHPe10
直線(xiàn)平臺(tái):LMA-300(內(nèi)裝有BLM142電機(jī)和1um分辨率光柵尺)
力傳感器:Omega51-50
參數(shù)設(shè)置:如下參數(shù)都要設(shè)置好
力控模式參數(shù)設(shè)置:
位置模式參數(shù)設(shè)置:
1CountsPerUnit基于Aerotech驅(qū)動(dòng)器的ADC。16位模擬量輸入的范圍是+/-10V,-10V等于ADC的0單位,10V等于65536單位,0V等于32768單位。1磅力對(duì)應(yīng)的ADC單位數(shù)需要通過(guò)計(jì)算得到。比如10V輸出時(shí)對(duì)應(yīng)測(cè)量到的力是350磅,那么CountsPerUnit就是32768/350=93.6229單位/磅。
2CountsPerUnit基于分辨率和用戶(hù)單位。比如當(dāng)編碼器分辨率為0.25um和編程單位為mm時(shí),這個(gè)參數(shù)就是1mm/0.00025mm=4000CountsPerUnit。
3CountsPerUnit參數(shù)更改需要重啟控制器才能生效。如下例子中,這可用于計(jì)算一個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù),這樣運(yùn)動(dòng)指令可以按一定比例轉(zhuǎn)換,從而可以保持原有的系數(shù)而編程中可以用新的單位。
兩種模式的調(diào)試參數(shù)會(huì)有所不同,可以基于力控模式還是位置控制模式設(shè)置成不同值。
每種模式的增益參數(shù)需要分別調(diào)試。Autotune工具可以用于位置控制模式調(diào)試。Autotune同樣也可以用于力控模式,或者可以通過(guò)階躍響應(yīng)方法來(lái)手動(dòng)調(diào)試增益參數(shù)。
圖1:階躍相應(yīng)曲線(xiàn)觀察誤差變化
例子程序:
首先系統(tǒng)設(shè)置成基于編碼器反饋的位置控制模式,然后切換到力控模式。
程序中的參數(shù)基于位置控制模式設(shè)定。例程調(diào)用了ForceControl函數(shù)庫(kù)。
速度反饋類(lèi)型不能配置成NONE值。
以上程序的部分力控曲線(xiàn)圖:
同一圖上顯示力控和卸載運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn):
以7磅力幅值和3Hz頻率往復(fù)力控制:
以1磅力單位增量步進(jìn)然后返回曲線(xiàn)圖:
如上圖中某個(gè)步進(jìn)階梯的在位穩(wěn)定性放大圖(以AD計(jì)數(shù)為單位):
如上圖以磅為單位時(shí):
從上圖中我們可以觀察到模擬量輸入變化值是644uV。每個(gè)AD單位計(jì)數(shù)約為305uV,因此抖動(dòng)幅度為2個(gè)計(jì)數(shù)單位?;诹鞲衅鞯姆直媛士梢耘袛嗄憧梢远嗫斓馗S給定的力命令。
翻譯:胡杰輝,控制系統(tǒng)經(jīng)理,Aerotech中國(guó),jason.hu@aerotech-china.com
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