精密激光切割機的全閉環(huán)PID調(diào)試步驟
SAICut 激光切割系統(tǒng)是深圳市千里智能控制科技有限公司研發(fā)設(shè)計，現(xiàn)在已大量用于藍寶石玻璃切割、全面屏切割、SMT激光鋼網(wǎng)切割/微孔、陶瓷切割/打孔、手機膜切割精密加工等激光切割機上，對于精度、軌跡可達微米級，必須得用全閉環(huán)控制。本文就來講講在這個系統(tǒng)中的如何調(diào)試運動控制器和直線電機驅(qū)動器。
激光切割系統(tǒng)的構(gòu)成
SAICut激光切割系統(tǒng)主要由X/Y/Z三軸組成，切割機主要配置清單如表1所示。
表1SAICut激光切割系統(tǒng)構(gòu)成
控制器-驅(qū)動器接線
在給機臺供電之前，請電氣工程師確認所有的接線正確，無短路情況，重點檢查控制器與驅(qū)動器之間接線，定義如表2所示。
表2控制器與驅(qū)動器接線表
準備控制器調(diào)試軟件MccEnv
確認以上無誤后，給運驅(qū)動器、動控制器上電，連接控制器與調(diào)試工控機的網(wǎng)線，步驟如下：
1、設(shè)置調(diào)試工控機的IP地址為：192.6.6.20（控制器的IP默認為192.6.6.6，所以在192.6.6.X網(wǎng)段內(nèi)除了6以外的也可），子網(wǎng)掩碼為：255.255.255.0；
2、將MccEnv軟件安裝包復(fù)制到工控機上，安裝MccEnv；
3、打開MccEnv調(diào)試終端，下載以前備份的cfg文件，如圖6所示。
請參考《MccEnv軟件使用手冊》，如有備份好參數(shù)直接下載，則請?zhí)^參數(shù)設(shè)置。
如無備份好參數(shù)，則可以手動命令條內(nèi)設(shè)置以下關(guān)于電機基本參數(shù)（根據(jù)實際使用情況設(shè)定）：可以用電機-電機設(shè)置界面來設(shè)置，也可以手動輸入命令設(shè)置。如圖7所示。
圖6安裝控制器調(diào)試軟件MccEnv
圖7電機設(shè)置界面
設(shè)置高創(chuàng)驅(qū)動器
設(shè)置X/Y驅(qū)動器控制模式為：模擬電流模式-3；
根據(jù)電機最大峰值電流來設(shè)置對應(yīng)電壓電流比例，如峰值電流為18A，則CurrentScaling<=最大峰值電流/控制器給出最大電壓=18/10=1.8。
其余反饋等均由供應(yīng)商設(shè)置好，無需修改。
設(shè)置好后，點擊Config，再點擊Save即可。
圖8設(shè)置高創(chuàng)驅(qū)動器
將限位、電機運動、編碼器計數(shù)方向調(diào)至一致
圖9確認限位、電機運動、編碼器計數(shù)方向一致
確認每個軸的限位信號（圖10）
用擋片擋住光電開關(guān)，正確的信號，則對應(yīng)的正負限位標志會變紅；如果不擋住就是紅色的，擋住后是灰色的，則改變ix26值即可正常，如i126、i226為0，則設(shè)置i126=1，i226=1，sav（保存）。
如果擋與不擋都無變化，請檢查信號線，確認光電開關(guān)是PNP或者NPN，相應(yīng)的控制器限位COM腳接24V或者0V。
圖10確認每個軸的限位信號
2、確認編碼器信號及方向（圖11）
圖11確認編碼器信號及方向
手動推每個軸，確認編碼器的數(shù)字的正負，先將編碼器值置為0
命令為：#1hmz，#2hmz，#3hmz……
如往正限位推，編碼器值為正，值在不斷的增大；
如往負限位推，編碼器值為負，值在不斷的減??；
如果數(shù)值方向相反，則改i70x0值，即可變編碼器計數(shù)方向；
如，1#、#2軸，i7010、i7020為0，則改為i7010=1、i7020=1。
3、確認電機運轉(zhuǎn)方向（圖12）
圖12確認電機運轉(zhuǎn)方向
方向正確是：則在命令窗口給定正電壓，電機往正限位方向移動；
則在命令窗口給定負電壓，電機往負限位方向移動；
注意：先給0.2V小電壓，不動后，則慢慢的加，否則有飛車的危險！
如：#1o0.3，#2o0.5，即給1#軸0.3V電壓，給2#軸0.5V電壓，電機往正限位移動；
#1o-0.3，#2o-0.5，即給1#軸-0.3V電壓，給2#軸-0.5V電壓，電機往負限位移動；
以上確認ok，則在方向確認完畢，即可進行下一步調(diào)試。
模擬量全閉環(huán)控制的PID調(diào)機
打開MCCENV，作圖-Plot作圖（圖13），首先要設(shè)置合適的PID參數(shù)，讓它能Jog移動起來，才能下一步調(diào)機曲線。
圖13打開MCCENV作圖
P（ix30），D(ix31)是最優(yōu)，最簡控制(藍色的先調(diào)整)，其它參數(shù)完全清0（紅色部分設(shè)置為0），先調(diào)整后P，D和速度前饋參數(shù)（注：同時保證ix32和D相等，電流模式下），最后調(diào)整I（ix33）；
圖14PID參數(shù)設(shè)置
P先從小不斷增加，同時保證D等于10*P，直到機器出現(xiàn)”吱吱”聲音，然后再把P下調(diào)20%，再調(diào)整D；
不斷增加D(同時保證ix32和D相等)，直到機器出現(xiàn)震蕩，然后再把D值，下調(diào)20%；
慢慢增加I值，I值不宜過大，適合為止；
一般情況P，I是一個數(shù)量級，D要大于P的10倍。
圖15PID調(diào)試界面
圖16PID調(diào)試界面
如果曲線偏差很大，調(diào)整PID參數(shù)，重復(fù)一鍵測試，直到達到要求為止。
PID基本知識
比例控制(P)：控制器的輸出與輸入偏差值成比例關(guān)系。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，以減少偏差。其特點包括：
1、過程簡單快速，比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差；
2、比例作用過大，使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，造成不穩(wěn)定；
3、有余差存在。
圖17比例控制(P)圖
積分調(diào)節(jié)(I)：消除系統(tǒng)余差，提高無差度。只要有余差存在，積分調(diào)節(jié)就進行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，特點是：
1、調(diào)節(jié)器的輸出不僅取決于偏差的大小，而且更主要的是取決于偏差存在的時間；
2、積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強；
3、與比例調(diào)節(jié)相比，積分調(diào)節(jié)使調(diào)節(jié)過程緩慢，波動加大，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。
圖18積分調(diào)節(jié)(I)圖
微分（D）控制：控制器的輸出與輸入誤差信號的微分成正比關(guān)系（即與偏差的變化速度成正比），特點有：
消除系統(tǒng)滯后；
超前調(diào)節(jié)；
易引起系統(tǒng)振蕩。
比例、積分、微分PID調(diào)節(jié)小結(jié)
1、比例調(diào)節(jié)根據(jù)“偏差大小”來動作，輸出與輸入偏差的大小成比例，調(diào)節(jié)及時、有力，但有余差；比例度越小，調(diào)節(jié)作用越強，太強時會引起振蕩；
2、積分調(diào)節(jié)根據(jù)“偏差是否存在”來動作，輸出與偏差對時間的積分成比例，其實質(zhì)是消除余差。積分使最大動偏差增大，延長了調(diào)節(jié)時間；積分時間越小，積分作用越強，太強時易引起振蕩；
3、微分調(diào)節(jié)根據(jù)“偏差變化速度”來動作，輸出與偏差變化的速度成比例，有超前調(diào)節(jié)作用，對滯后大的系統(tǒng)調(diào)節(jié)效果好?？蓽p少調(diào)節(jié)過程的動偏差，縮短調(diào)節(jié)時間；微分時間越大，作用越強，太強時易引起振蕩；
4、程序編號：222為控制器內(nèi)的一個5mm圓的程序，G代碼如下：
openprog222
G01x0y0
gatgat
G02x0y0i-5j0
endgat
close
