摘要：本文旨在對(duì)丹麥丹佛斯公司生產(chǎn)的通用異步電動(dòng)機(jī)同步控制器在多軸隨動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)加以分析。 關(guān)鍵詞：丹佛斯公司異步電動(dòng)機(jī)伺服控制器 隨動(dòng)跟蹤運(yùn)行 Abstract:This article is introducing the SyncPos option of Danfoss on speed and position synchronizing controlling in multi-shaft application. Keywords: Positioning, SyncPos option 在多軸同步運(yùn)行的控制系統(tǒng)中，主從運(yùn)行方式是十分普遍的構(gòu)造方式。主從運(yùn)行又稱為隨動(dòng)運(yùn)行方式。既不論主軸以什么運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)行，從動(dòng)軸都會(huì)以某一預(yù)先確定的跟蹤方式跟蹤主軸運(yùn)行，且其正常運(yùn)行時(shí)的動(dòng)、穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差的最大值具有預(yù)先確定性。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，人們可以通過變頻調(diào)速器信號(hào)的簡(jiǎn)單配合便可實(shí)現(xiàn)多軸的同步運(yùn)行。這種方式具有簡(jiǎn)單實(shí)用的特點(diǎn)，但是無論穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，還是動(dòng)態(tài)運(yùn)行，其同步精度都十分粗糙。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)同步運(yùn)行有較高的動(dòng)、穩(wěn)態(tài)要求時(shí)，人們首先會(huì)想到使用伺服控制器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求。然而，伺服控制器的市場(chǎng)價(jià)格卻常常使人們望而卻步。特別是當(dāng)系統(tǒng)容量較大時(shí)，人們更是難以承受高額的資金投入。本文介紹的丹麥丹佛斯公司生產(chǎn)的伺服控制卡（SyncPos Controller )在多軸同步控制運(yùn)行方式下將使用戶以較低的資金投入獲得同步系統(tǒng)極高的穩(wěn)態(tài)精度和較高的動(dòng)態(tài)精度。 §1. SyncPos的系統(tǒng)構(gòu)成及其隨動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造概念 SyncPos 伺服控制卡是丹佛斯公司專門為其通用系列變頻調(diào)速器VLT5000系列設(shè)計(jì)的、安裝在其內(nèi)部的專用輔助部件，專門用于處理機(jī)械系統(tǒng)的各種運(yùn)動(dòng)軌跡和控制功能。該部件除了具有完全可編程序能力外，其指令系統(tǒng)還包含了全部伺服控制所需的控制功能。此外，該系統(tǒng)具有獨(dú)立的I/O系統(tǒng)，使其應(yīng)用十分靈活方便。更為重要的是，SyncPos與VLT5000的數(shù)據(jù)及指令交換采用的是內(nèi)部并行總線方式，具有極高的數(shù)據(jù)交換速度，從而保證了控制指令的“0延遲”執(zhí)行。 SyncPos的運(yùn)行過程采用速度（或相角）閉環(huán)方式，其執(zhí)行部件可以是IEC規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī)，也可以是其他類型的異步電機(jī)。其位置或相角檢測(cè)則采用光電編碼器加以實(shí)現(xiàn)。編碼器可以是絕對(duì)位置型，也可以是增量型。SyncPos的最大脈沖接收頻率為220kHz。使用增量型編碼器時(shí)，SyncPos采用四分相脈沖qc（也稱為細(xì)分脈沖）計(jì)數(shù)法，因而具有很高的測(cè)量精度。 用SyncPos構(gòu)成的從動(dòng)軸控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.所示. 圖中，主從軸使用的光電編碼器可以具有相同的分辨率，也可以具有不同的分辨率。該構(gòu)造方式是經(jīng)典的主 同步控制時(shí)主從信號(hào)的連接 從方式，其主要特點(diǎn)是除了具有很高的運(yùn)行精度外，還有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低的優(yōu)勢(shì)。 §2. 用SyncPos 構(gòu)造系統(tǒng)時(shí)的動(dòng)、穩(wěn)態(tài)精度的分析 圖2. 所示的內(nèi)容為雙軸同步控制時(shí)，從動(dòng)軸與主軸之間在運(yùn)行過程中的速度關(guān)系。也可以將其理解為從動(dòng)軸與主軸之間的位置關(guān)系。由圖中所示波形可見，在主軸處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，或者速度變化速率不大時(shí)，從動(dòng)軸與主軸是處于同步狀態(tài)的。而當(dāng)主軸速度發(fā)生變化時(shí)，或者其速度變化的速率很大時(shí)，從動(dòng)軸的實(shí)際角位置將首先滯后于主軸（產(chǎn)生實(shí)際運(yùn)行誤差），然后將以高于主軸 速率的變化追蹤主軸的變化，從而達(dá)到位置跟蹤的目的。這里需要討論的是，上述這種動(dòng)態(tài)誤差究竟有多大？是否可以加以控制以約束其實(shí)際誤差的絕對(duì)值？由于影響動(dòng)態(tài)誤差的因素較多，且現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，很多時(shí)候難以獲得這些因素的精確數(shù)據(jù)，因此，往往難以事先精確計(jì)算出系統(tǒng)運(yùn)行誤差的最大絕對(duì)值。為了解決實(shí)際使用中誤差的可控性，SyncPos給出了十分方便于操作的誤差控制方法，即PID參數(shù)的調(diào)試觀測(cè)程序 Testrun。通過PID參數(shù)的反復(fù)修正并運(yùn)行Testrun，可以容易地觀察到PID參數(shù)的設(shè)置效果（見圖3.）。以使實(shí)際運(yùn)行速度和給定運(yùn)行速度之間的誤差減小到系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。圖3. 中所給出的測(cè)試結(jié)果顯示，受測(cè)試的系統(tǒng)的給定速度是每毫秒2.27個(gè)用戶單位（2.27UU/ms），而PID 的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果是2.30個(gè)用戶單位/每毫秒（2.30UU/ms），實(shí)際誤差是0.03個(gè)用戶單位/每毫秒。在該例中，一個(gè)用戶單位等于編碼器的一個(gè)細(xì)分脈沖，即1UU=1.00qc。用戶單位可以是用戶規(guī)定使用的任意其他測(cè)量單位。顯然，如果你需要很高的運(yùn)行精度，你就需要反復(fù)修正PID的設(shè)置數(shù)值并觀測(cè)其運(yùn)行效果，直至滿意為止。 位置同步運(yùn)行時(shí)受控軸的運(yùn)行特性 PID的測(cè)試結(jié)果 §3. SyncPos 在位置跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用舉例 位置跟蹤的應(yīng)用目的主要是獲得從動(dòng)軸與主軸之間相角的固定關(guān)系，即 q從 = k.q主 。式中k為比例系數(shù)。當(dāng)k = 1時(shí)，主從軸之間的相角呈完全對(duì)應(yīng)關(guān)系；當(dāng)k < 1時(shí)，從動(dòng)軸相角的變化將低于主軸；而當(dāng)k > 1時(shí)，從動(dòng)軸相角的變化將高于主軸的變化。 　　　齒輪加工過程的齒面磨削工藝過程可以說是一個(gè)典型的位置跟蹤應(yīng)用實(shí)例。 在這一應(yīng)用中，工藝要求成型砂輪每轉(zhuǎn)過一周，被磨削齒輪需轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距所對(duì)應(yīng)的角度。系統(tǒng)的控制方式是,齒輪作為受控的從動(dòng)軸跟隨成型砂輪而運(yùn)轉(zhuǎn)。無論砂輪處于何種狀態(tài)，作為工件的齒輪都必須嚴(yán)格保持與砂輪的角位置同步。齒輪的齒面的磨削 通常，在很多時(shí)候，上面提到的主從軸比例系數(shù)k往往并不是一個(gè)整數(shù)，甚至是一個(gè)循環(huán)小數(shù)，如果不加以解決，則會(huì)產(chǎn)生累積誤差。SyncPos給出了很好的解決方法。即，實(shí)際應(yīng)用時(shí)不必給出實(shí)際的數(shù)值，只需給出其比例關(guān)系即可，k = q從/q主. §4.小結(jié) 本文只討論了使用SyncPos實(shí)現(xiàn)多軸主從隨動(dòng)運(yùn)行的方法。該方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，精度很高的特點(diǎn)。文章未涉及更高給定精度的虛擬主軸方式。