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多轴插补同步问题 点击：3106 | 回复：40



工控学习

    
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发表于：2006-04-30 13:59:00
楼主
我们现在做的系统为三轴插补联动，其中各轴均为360度旋转运动，现在存在一个明显的问题就是插补同步问题，我使用的是位置控制方式，采用控制卡来发三轴的插补脉冲，控制卡实际发出的脉冲是完全同步的（可以通过示波器观察的到），其中要求第一轴以一定的速度运转，其他轴均为跟随速度根据运动距离自动调整自己的速度（控制卡里三轴插补实现的功能），问题是各轴均是通过伺服带动且其减速比特别是转动惯量不同，导致各轴的滞后性严重不一致，使得我的系统在低速时基本正常，但速度一提高就会导致同步性下降，加工的工件变形，请问有没有好的解决方法？使得高低速尽量一致（绝对一致我知道不可能）。伺服的刚性我也都调过，提高刚性效果当然有改善但是刚性太强系统噪音会太大客户难以接受，且这样对机器损伤也会较大，关键是有没有好的补偿方法使得刚性在相对比较低的情况下，能使高低速同步效果更好。

请各高手指点，特别期待刘老师的回复！
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发表于：2006-04-30 14:23:00
1楼
建议采用模拟量输出，编码器反馈到上位运动控制器的方式。你首先要知道测量位置，才能够纠正偏差。
这样位置环在上位控制器才好动态调整精度。
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凡夫俗子

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发表于：2006-04-30 14:24:00
2楼
“其中要求第一轴以一定的速度运转，其他轴均为跟随速度根据运动距离自动调整自己的速度（控制卡里三轴插补实现的功能）”？
你做的是想跟随还是轨迹控制？通常插补是由具备插补功能的控制卡通过其厂家提供的函数库来实现，插补就是为了解决各轴不同步造成的轨迹失真问题，如果你采用的卡本身就具备插补功能的话，而且卡的性能满足要求，那么应该会满足你的要求，通常插补卡产品指标里都有一个插补运算时各轴的最高插补速度，您选用的产品这个值与您的要求一致吗？如果您的速度高于这个指标了，那效果差是必然的...
    最关键的还有一点就是你提到的“提高刚性效果当然有改善但是刚性太强系统噪音会太大客户难以接受，。。。”，如果控制卡本身没有问题的话，你提高刚性又能改善并满足你的要求，是否您的伺服系统选型有些偏小呢？也就是您在小马拉大车，呵呵，建议换个大惯量带载能力大的大功率伺服系统试试。。。
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HRyan

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发表于：2006-04-30 14:34:00
3楼
个人认为是由于伺服采用位置模式控制引起的。
伺服采用位置模式控制时，会有一个脉冲滞留，当速度较低时，该值较小且减速比的影响也较小，因而你会发现同步性能较好；而当速度较快时，此值变得比较大，特别各轴减速比不一致，影响变得更加明显。
若要彻底解决此问题，可以采用MotionCoordinator的建议，改用速度控制模式。
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工控学习

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发表于：2006-04-30 14:37:00
4楼
To： 凡夫俗子
    我所使用的是跟随控制，实际使用的是控制卡中的三轴插补，其函数库要求设定之速度为长轴速度，我通过软件处理使得第一轴速度恒定，看起来也就是其它轴都跟随它来运动，控制卡的插补效果没有问题，这个我们在其它场合已经测试过
    最为关键的是各轴机械惯量不同导致的各轴滞后性不同，软件已经同步发完脉冲开始发下一步的脉冲了，某些惯量大的轴还在运动，导致同步性不一致，伺服选型也已确认不会小，其它台湾系统也是如此选型的，至于增大系统刚性虽然有所改善，但改善效果还是不甚理想，最主要的是刚性太高是，系统的稳定性降低，精度自然也就降低了，我现在最需要的是看能否找到一方法来针对各轴的滞后性不一致进行补偿。

To:MotionCoordinator
    我们现在的情况，不好选择模拟量控制方式，相信脉冲控制方式还是有办法进行一定的补偿的！

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HRyan

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发表于：2006-04-30 14:50:00
5楼
这个是位置伺服的致命之处！
上位机与伺服之间是开环控制！上位机计算出来脉冲已经发完了，但电机有没有走完？上位机根本无法得知。
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发表于：2006-04-30 15:02:00
6楼
那你的控制卡能否接受编码器反馈？至少有测量偏差你才能纠正啊！
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凡夫俗子

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发表于：2006-04-30 15:04:00
7楼
是啊，如果你改用模拟量控制方式硬件和软件改动就很大，正如您说描述的那样，控制卡的脉冲同步性很好，那么问题就出现在驱动器的处理响应周期上了，驱动器采用位置控制模式也就是脉冲控制时处理周期最长，系统响应也会慢，如MotionCoordinator
所言，您做跟随系统的话，伺服采用模拟量控制速度方式，然后由上位做位置环计算及纠偏会响应好些。。。还有我说的那控制卡的最高插补速度的指标和你的运动要求之间有无出入呢？
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发表于：2006-04-30 15:52:00
8楼
"现在最需要的是看能否找到一方法来针对各轴的滞后性不一致进行补偿"。
你或者根据实测情况，做出经验值，基于模糊控制原理，例如滞后是速度的函数。可是实话实说，你做研究写论文，这种方法还可写写。但要做实际系统还是要有编码器反馈，才有可靠的动态修整基础。

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刘岩利

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发表于：2006-04-30 21:54:00
9楼
"我们现在的情况，不好选择模拟量控制方式，相信脉冲控制方式还是有办法进行一定的补偿的"
办法也许有吧，但是，我相信不会比该为模拟量控制更简单。
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沈阳老宋

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发表于：2006-04-30 23:37:00
10楼
其实，现在的问题不是脉冲控制还是模拟量控制的问题，用模拟量控制，楼主的控制卡可能需要从新选择，这可能是不可接受的，脉冲控制其实一样可以，只是用脉冲控制，所有的工作都放到伺服身上拉，这样对伺服的要求就高拉一点，对伺服调试人员的要求也相应高拉一点，而以楼主对伺服电机的理解，应该是没有办法很好的处理的，这个问题如果说怪，不怪别人，就怪楼主购买伺服电机的时候根本就没有想到伺服电机技术是需要付出代价的，我相信楼主没有选择一个好的伺服代理商，同时，自己又没有足够的技术，所以事情就变得麻烦拉。
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工控学习

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发表于：2006-05-07 10:37:00
11楼
放假了几天，今天才回来！先谢谢各位了，问题还得继续讨论

控制卡最高插补速度跟运动要求没有出入，实际运动才达到最高插补速度的1/5。我想主要原因还不是驱动器处理速度的问题，根本原因应该是各轴传动系统不同，导致各轴的执行机构的响应性不同吧！不知能否使用伺服的NEAR或INP信号来实现这些功能，我参考过台湾做的类似系统，他们有接此信号，我接上试过不过设定相应参数过大则系统没多大改善，设定较小，第一轴的平滑性又不太好！

我是在考虑过根据速度的不同来进行相应的补偿，看对结果有否改善，不过可靠性可能是不会太大！

模拟量控制方式暂时是不太方便考虑，公司的计划也是如此，因为台湾的同类系统也都是位置控制方式，只是不知他们怎么处理的这种滞后性，不过他们好像有用到NEAR信号。

我们在三洋伺服，安川伺服，松下伺服上已全都有应用效果是相当的，看来沈阳老宋对伺服的理解比较深入，那就请你提供一些好的实际的建议吧！
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刘岩利

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发表于：2006-05-07 20:56:00
12楼
"我想主要原因还不是驱动器处理速度的问题"
原则上，是处理方式的问题，但是，处理的速度高，可以有好一点的效果。

可以尝试加一点前馈。
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重剑

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发表于：2006-05-07 22:36:00
13楼
不知道你用什么控制卡，如果你用PMAC可自己写控制算法，我做了一例主轴一个动作为正反运动二圈，每秒三个动作，从轴随动偏差也就5个脉冲沿(16384*4)，前馈很重要。效果应该和一些专用同步控制器如MC700，MP2300等差不多吧。
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沈阳老宋

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发表于：2006-05-08 00:10:00
14楼
TO工控学习：
1,如果你敢保证系统脉冲同步，如果是富士伺服，我就敢保证电机可以做到一定精度范围内的同步，安川应该也没有问题。三菱我不熟悉，不知道如何调整参数，不过老三菱应该没问题，松下就不敢讲拉，因A4我调整过，失败过。
2，不知道你在哪里，这里想通过发贴解决问题，简单的可以，复杂的我还真的感觉是浪费时间。我电话：024－23286338
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congcongy

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发表于：2006-05-08 09:08:00
15楼
各位大侠,我也在做类似的工作,我用的是松下的饲服电机,采用位置方式控制,做了两轴插补,应用于激光高速切割,出现的问题和工控学习一样,低速时运动轨迹基本正常,稍微把速度增加,运动轨迹就变形,而同样的系统在步进电机上就不会出现这个问题,很郁闷!增益我调了几天了,效果还是没有很大的改变,
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发表于：2006-05-08 09:51:00
16楼
你要快速运行，根据你描素的现象，有点小马拉大车的味道，跟用哪家的伺服关系不大。你的不同步是由于负载的惯量不同造成的。如果你电机功率选足够大，位置控制方式也会OK的。反过来说，功率大了成本又提高了。电机功率选的不够，你用速度方式也解决不了问题。你系统负载与电机的惯量比是多少？用的电机功率是多大？
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发表于：2006-05-08 10:44:00
17楼
我用的驱动器和电机为松下的MSDA023A1A和MSMA022A,功率为200W,两个轴用一样的电机,传动机构也类似,使用同步带,但是X轴的负载要小点,用自动增益调整时,测出惯量比(pr20)为103;Y轴的负载要大,用自动增益调整时,测出惯量比(pr20)为1033.运行的图形蛮复杂的,两轴不停的做插补和加减速运动,现在就卡在这儿,速度上不去,可是我用步进电机都能跑的.
是不是,我选用功率大一点的电机,这个问题就会好点呢?
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congcongy

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发表于：2006-05-08 11:31:00
18楼
另外,我也做了个实验:控制每个脉冲的输出,因为我做的插补有主轴和副轴之分,当向主轴发送一个脉冲时,根据插补算法,如果副轴没脉冲发送时,只监视主轴的反馈脉冲,当收到一个脉冲时,继续向主轴发送下一个脉冲;如果副轴有脉冲输出时,两个轴的反馈脉冲都监视,只有当两个轴的脉冲都完成时,才继续向主轴发送下个脉冲,以此类推,完成曲线的运动.这样就出现一个问题,速度很慢,特别是在加速期间和减速期间.
因此我想问一下,饲服电机驱动器在处理位置控制方式时,是不是有个类似定时器一样的东东,时间一到就看看收到多少个脉冲,然后去控制电机,因为我看到手册上的控制方框图中在输入方式选择和分倍频之间有个监视指令脉冲之和的框图,不知道它是干嘛的
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发表于：2006-05-08 13:46:00
19楼
"测出惯量比(pr20)为103;Y轴的负载要大,用自动增益调整时,测出惯量比(pr20)为1033",我理解正确的话，你X轴应该没问题（惯量比几乎是1：1，但Y轴（10：1）在高速时就偏大了。你如果最大速度能满足，建议用减速机构。比如在原来基础上再减半，这样你的惯量就会小3倍多（考虑到减速机本身的惯量）。也就是3：1左右。这样效果会好很多。一般3000RPM最大转速可达4500RPM。你现在Y轴最高转速是多少？
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congcongy

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发表于：2006-05-08 14:04:00
20楼
  也就是说惯量比小点,效果会更好点,可以考虑,
  我现在Y轴如果能跑1000RPM就满足了,可是效果不行.简直惨不忍睹啊!
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