台达运动控制器10MC在音叉切割机上高阶PID算法的应用

1 前言

晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器(VCO)。 晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。

音叉多线切割机是用于替代多刀切割机加工晶振启振音叉的设备。音叉多线切割机相对多刀切割机优点:1、加工效率高10倍;2、耗材低;3、精度高，无需进行二次加工做研磨;4、经济效益高，一次可切割上千个音叉。由于普通指令无法满足现场需求，因此只有通过简单逻辑指令开发高阶PID算法。

2 系统控制框图及说明

设备框图及工艺要求如图1。

图1 设备框图及工艺要求

音叉多线切割是一种通过金属丝的高速往复运动，把磨料带入半导体加工区域进行研磨，将晶体一次同时切割为数千片薄片的一种新型切割加工方法。因此该套设备的难点是收放线轴与主轴高速同步保持不断线，并且保证恒定张力。高速同步保证是通过收放线张力伺服编码器反馈输出值与给定值差，通过高阶PID算法调整收放线轴速度，从而保证恒定张力。

3 配置方案选型及程序

该设备一共有八颗伺服，因此控制器选用台达10MC总线运动控制器，如图2所示。

图2 台达10MC总线运动控制器

DVP10MC11T是台达自主研发的基于CANopen现场总线的多轴运动控制器，它遵循CANopen DS301基本通讯协议和DSP402运动控制协议，同时还支持大部分国际组织所定义的运动控制标准指令库，极大方便使用者快速入门，迅速的进行项目开发。

DVP10MC11T 是一个多功能控制器，其内部包含标准PLC 模块和MC 运动控制模块两大功能模块(如图2)。PLC模块与台达其它DVP系列PLC功能相似，使用方法也相同，通过WPLSoft或ISPSoft 编程软件，可以编写梯形图，顺序功能图，指令表等台达标准的PLC 逻辑程序。PLC 模块同时还支持左侧和右侧两个扩展接口，左侧为高速并行扩展口，可以连接最多7台现场总线主站模块(DeviceNet，CANopen主站等)、以太网模块及高速模拟量模块等，右侧用来连接原DVP-S系列PLC的扩展模块(如低速模拟量及数字量模块)。MC运动控制模块主要通过CANopen总线，对伺服驱动器进行精密的控制，以完成用户所期望的速度控制、位置控制等功能。MC 运动控制模块采用CANopenBuilder 软件进行运动控制编程，来实现各种复杂的运动控制任务，运动控制语言以图形化的方式提供用户编写运动控制功能，使用简洁，易于学习理解。

10MC控制器是CANopen总线控制器，台达A2-M伺服支持CANopen通讯。与10MC控制器配套选用。配线大大简化、控制更加精确，能够满足高端设备的应用需求。

4 设置各个轴的轴参数

图3 控制结构图

图4 各轴伺服参数

5 数学模型建立

5.1 PID控制系统

连续一时间PID控制系统如图所示。图5中，D(s)为控制器。在PID控制系统中，D(s)完成PID控制规律，称为PID控制器。PID控制器是一种线性控制器，用输出量y(t)和给定量r(t)之间的误差的时间函数e(t)=r(t)-y(t)。

图5 PID控制

图中的比例，积分，微分的线性组合，构成控制量u(t)称为比例(Proportional)，积分(Integrating)，微分(Differentiation)控制，简称PID控制。