MINAS A系列交流伺服驅(qū)動(dòng)器是日本松下電器公司生產(chǎn)的全數(shù)字化交流伺服裝置，具有響應(yīng)快、精度高、體積小，共振抑制、多閉環(huán)控制功能和控制方式多樣化、保護(hù)措施齊全等特點(diǎn)。目前已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、醫(yī)療器械、自動(dòng)化生產(chǎn)線、半導(dǎo)體生產(chǎn)等各種有精確調(diào)速、定位要求的場(chǎng)合；利用PLC(可編程控制器)強(qiáng)大的編程、運(yùn)算與控制功能，本文提出了PLC與伺服驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的位置控制模式，并給出了數(shù)控機(jī)床兩軸聯(lián)動(dòng)位置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。

1 系統(tǒng)原理與組成

　　原理：PLC發(fā)出的指令脈沖數(shù)與編碼器檢測(cè)的位置反饋脈沖數(shù)同時(shí)送入伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行比較并確定偏差，按一定控制規(guī)律運(yùn)算后得到的校正信號(hào)作為速度控制器的給定，再經(jīng)電流調(diào)節(jié)與功率放大，使電機(jī)和機(jī)床工作臺(tái)朝消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)。由于位置指令是經(jīng)常變化的隨機(jī)變量，要求輸出量準(zhǔn)確跟蹤給定量的變化，因此，輸出響應(yīng)的快速性、靈活性、準(zhǔn)確性成為位置隨動(dòng)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)。為滿(mǎn)足這些指標(biāo)要求，采取由位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)構(gòu)成三環(huán)控制系統(tǒng)，控制方框圖如圖1所示，各環(huán)節(jié)的功能說(shuō)明如下：

圖1三環(huán)控制位置伺服系統(tǒng)

　　位置環(huán)：是位置隨動(dòng)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特征，采用P調(diào)節(jié)，增益設(shè)定愈高，定位時(shí)間愈短，獲得快速定位響應(yīng)特性。同時(shí)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。

　　速度環(huán)：轉(zhuǎn)速構(gòu)成的負(fù)反饋內(nèi)環(huán)采用PI調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)整其增益與積分時(shí)間常數(shù)，抑制振蕩，減少超調(diào)，提高系統(tǒng)的快速性。

　　電流環(huán)：起電流跟隨、過(guò)流保護(hù)和及時(shí)抑制電壓擾動(dòng)的作用；電流環(huán)增益隨型號(hào)而定，不能調(diào)節(jié)。

　　此外，還可以建立速度前饋控制與反饋控制相結(jié)合的復(fù)合控制，以減少速度的超調(diào)、失調(diào)和到位信號(hào)的抖動(dòng)，使位置偏差接近0，以及設(shè)置其他相關(guān)參數(shù)，降低躁聲，抑制諧振等，進(jìn)一步改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)。

2 硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件由FX2N-80MT PLC、交流伺服驅(qū)動(dòng)器MSDA043AIA、交流伺服電機(jī)MSMA042A1G(400W)及1 1線增量式編碼器(脈沖數(shù)2500P／r，分辨率10000)組成。系統(tǒng)硬件構(gòu)成原理圖如圖2所示。

圖2系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖

　　PLC：計(jì)算并輸出指令脈沖。通過(guò)運(yùn)行程序，計(jì)算出插補(bǔ)軌跡的指令脈沖數(shù)與脈沖頻率，確定脈沖方向，再經(jīng)輸出后，作為驅(qū)動(dòng)器的給定信號(hào)。

　　交流伺服驅(qū)動(dòng)器：集成了位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)等多種調(diào)節(jié)控制功能，通過(guò)改變參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的控制規(guī)律；能與PC機(jī)通信，進(jìn)行在線分析調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)整。

　　伺服電機(jī)與編碼器分別起執(zhí)行、檢測(cè)反饋結(jié)果的作用。

3 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入脈沖信號(hào)由PLC程序決定，兩軸聯(lián)動(dòng)直線插補(bǔ)軟件流程如圖3所示。根據(jù)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈對(duì)應(yīng)的水平位移和編碼器的分辨率確定脈沖當(dāng)量δ(本系統(tǒng)δ=-0.0004／脈沖)，然后計(jì)算出每一段擬合直線斜率k及分別在x、Y軸的增量值所對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)，并由斜率忌求出z、Y軸脈沖輸出頻率fx、fy脈沖方向取決于X、Y軸增量值的正，負(fù)。這樣，由x、Y軸的脈沖數(shù)、輸出頻率fx、fy和x、y軸增量值的正、負(fù)就能使伺服系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng)。這種插補(bǔ)具有同步性，即x、y向同時(shí)運(yùn)行與停止，在程序設(shè)計(jì)上采用浮點(diǎn)算法，因而插補(bǔ)軌跡精確，插補(bǔ)完成時(shí)間短，工作效率高。

圖3兩軸聯(lián)動(dòng)直線插補(bǔ)流程圖

4 結(jié)論

　　經(jīng)調(diào)試檢測(cè)，PLC-伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，穩(wěn)定性好，充分發(fā)揮了PLC和伺服驅(qū)動(dòng)單元各自的優(yōu)勢(shì)，即控制靈活、響應(yīng)快速、定位精準(zhǔn)等特點(diǎn)，滿(mǎn)足位置控制的性能要求，具有良好的應(yīng)用前景。