1  前言

       晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。 晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。

       音叉多線切割機是用于替代多刀切割機加工晶振啟振音叉的設(shè)備。音叉多線切割機相對多刀切割機優(yōu)點:1、加工效率高10倍；2、耗材低；3、精度高，無需進(jìn)行二次加工做研磨；4、經(jīng)濟(jì)效益高，一次可切割上千個音叉。由于普通指令無法滿足現(xiàn)場需求，因此只有通過簡單邏輯指令開發(fā)高階PID算法。

2  系統(tǒng)控制框圖及說明

設(shè)備框圖及工藝要求如圖1。

圖1 設(shè)備框圖及工藝要求

       音叉多線切割是一種通過金屬絲的高速往復(fù)運動，把磨料帶入半導(dǎo)體加工區(qū)域進(jìn)行研磨，將晶體一次同時切割為數(shù)千片薄片的一種新型切割加工方法。因此該套設(shè)備的難點是收放線軸與主軸高速同步保持不斷線，并且保證恒定張力。高速同步保證是通過收放線張力伺服編碼器反饋輸出值與給定值差，通過高階PID算法調(diào)整收放線軸速度，從而保證恒定張力。

3  配置方案選型及程序

       該設(shè)備一共有八顆伺服，因此控制器選用臺達(dá)10MC總線運動控制器，如圖2所示。

圖2 臺達(dá)10MC總線運動控制器

       DVP10MC11T是臺達(dá)自主研發(fā)的基于CANopen現(xiàn)場總線的多軸運動控制器，它遵循CANopen DS301基本通訊協(xié)議和DSP402運動控制協(xié)議，同時還支持大部分國際組織所定義的運動控制標(biāo)準(zhǔn)指令庫，極大方便使用者快速入門，迅速的進(jìn)行項目開發(fā)。

       DVP10MC11T 是一個多功能控制器，其內(nèi)部包含標(biāo)準(zhǔn)PLC 模塊和MC 運動控制模塊兩大功能模塊（如圖2）。PLC模塊與臺達(dá)其它DVP系列PLC功能相似，使用方法也相同，通過WPLSoft或ISPSoft 編程軟件，可以編寫梯形圖，順序功能圖，指令表等臺達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的PLC 邏輯程序。PLC 模塊同時還支持左側(cè)和右側(cè)兩個擴(kuò)展接口，左側(cè)為高速并行擴(kuò)展口，可以連接最多7臺現(xiàn)場總線主站模塊（DeviceNet，CANopen主站等）、以太網(wǎng)模塊及高速模擬量模塊等，右側(cè)用來連接原DVP-S系列PLC的擴(kuò)展模塊（如低速模擬量及數(shù)字量模塊）。MC運動控制模塊主要通過CANopen總線，對伺服驅(qū)動器進(jìn)行精密的控制，以完成用戶所期望的速度控制、位置控制等功能。MC 運動控制模塊采用CANopenBuilder 軟件進(jìn)行運動控制編程，來實現(xiàn)各種復(fù)雜的運動控制任務(wù)，運動控制語言以圖形化的方式提供用戶編寫運動控制功能，使用簡潔，易于學(xué)習(xí)理解。
10MC控制器是CANopen總線控制器，臺達(dá)A2-M伺服支持CANopen通訊。與10MC控制器配套選用。配線大大簡化、控制更加精確，能夠滿足高端設(shè)備的應(yīng)用需求。

4  設(shè)置各個軸的軸參數(shù)

 圖3 控制結(jié)構(gòu)圖 

圖4 各軸伺服參數(shù)

5  數(shù)學(xué)模型建立

5.1 PID控制系統(tǒng)

       連續(xù)一時間PID控制系統(tǒng)如圖所示。圖5中，D（s）為控制器。在PID控制系統(tǒng)中，D（s）完成PID控制規(guī)律，稱為PID控制器。PID控制器是一種線性控制器，用輸出量y（t）和給定量r（t）之間的誤差的時間函數(shù)e(t)=r(t)-y(t)。

圖5 PID控制

       圖中的比例，積分，微分的線性組合，構(gòu)成控制量u（t）稱為比例（Proportional），積分（Integrating），微分（Differentiation）控制，簡稱PID控制。

5.2增量算法

       當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)需要的不是控制量的絕對值，而是控制量的增量（例如去驅(qū)動步進(jìn)電動機）時，需要用PID的“增量算法”。

圖6 PID增量控制

由位置算法求出：

       兩式相減，得出控制量的增量算法式稱為增量式PID算法。

       式中已看不出是PID的表達(dá)式了，也看不出P、I、D作用的直接關(guān)系，只表示了各次誤差量對控制作用的影響。從式中看出，數(shù)字增量式PID算法，只要貯存最近的三個誤差采樣e（k）、e（k-1）、e（k-2）就足夠了。程序如圖7、圖8。

圖7 程序圖
 
圖8 程序圖

3  離散化增量式PID算法的數(shù)據(jù)監(jiān)控

       根據(jù)PID算法模型，高速運行時，收線放線伺服輸出偏差正負(fù)5轉(zhuǎn)以及張力擺動扭矩正負(fù)1牛。同時監(jiān)視主軸、張力、放線伺服的波形如圖9、圖10和圖11。

 圖11 放線伺服的波形圖

       通過監(jiān)視波形，在張力輪的角度發(fā)生偏差后，收放線速度能夠快速的進(jìn)行改變，保持張力輪穩(wěn)定在一個相對固定的位置。由此可知，離散增量式PID算法在這種快速響應(yīng)的控制系統(tǒng)中是可行的。

6  結(jié)束語

       中達(dá)電通主要為中國最具成長潛力的通信及自動化市場提供設(shè)備和服務(wù)。其主要產(chǎn)品和服務(wù)包括視訊設(shè)備、動力系統(tǒng)、寬帶數(shù)據(jù)和機電自動化四個方面。中達(dá)電通的母公司為世界著名的電子制造跨國企業(yè)——臺達(dá)電子集團(tuán)，臺達(dá)集團(tuán)在江蘇吳江建有規(guī)模龐大的生產(chǎn)基地，是全球第一大電源管理系統(tǒng)供貨商和臺達(dá)變頻器、編碼器、人機界面、PLC、伺服、溫控器等機電產(chǎn)品的制造廠商。作為工控行業(yè)內(nèi)的知名廠商，尤其是在國內(nèi)唯一一家能將機電產(chǎn)品做的如此全面的制造廠家，我們通過應(yīng)用自己的產(chǎn)品能夠為各行各業(yè)的客戶提供全面的解決方案。 最佳的產(chǎn)品性價比、周到完善的全國乃至全球聯(lián)保服務(wù)能夠保證客戶利益。中達(dá)電通的服務(wù)體系遍布全國。

       經(jīng)過客戶各種崗位人員測試，此算法未出現(xiàn)任何沒有出現(xiàn)任何異常，滿足客戶各種操作要求以及傻瓜相機式的設(shè)計。

作者簡介：

      應(yīng)院祥，男，出生于1985年12月，畢業(yè)于江西現(xiàn)代學(xué)院電子與信息技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)任中達(dá)電通股份有限公司應(yīng)用工程師。近幾年來一直從事運動控制產(chǎn)品的程序開發(fā)及營銷推廣等工作，具有5年的多線切割機開發(fā)經(jīng)驗以及各種機型工藝。