运动控制系统中PID调节器设计

赵硕伟

（新疆轻工职业技术学院 新疆 乌鲁木齐 830021）

1 硬件设计

主机采用的是PC机，核心微处理器是关键设备，采用的是DSP。在PC机的影响和作用下，需要对数据采取粗处理的方式，然后再把处理好的数据传递到运动控制系统之中，为了顺利的完成传递，应用了DSP—PC通讯接口的方式效果较好。要注意的是光电编码器的作用和性能，对反馈信号处理电路的结果进行分析时采用了DSP技术，通过计算获取定位置的误差值。在软件位置调节器的作用下，搁置控制量被确定来，经过计算获取运动速度控制量，经过D/A转换后，传输信号把模拟电压量向伺服放大器传递，对伺服电机加以控制，完成对位置闭环的控制。

1.1 DSP外部中断接口处理

由于受到工作行程等条件的制约，运动控制器在遇到超过控制范围的情况时，遇到限位中断的情况，同时编码器INDEX的信号也随之中断。每个控制轴有两个限位开关，分为正反两方向，同时产生的限位信号有两个，即轴有4个，限位信号有8个，在CPLD的作用下，这些信号被接到DSP的中断管脚XINT1。这些信号在光耦电路的作用下，与DSP的I/O口连接起来。如果运动到限位开关时，则会对DSP造成触动，导致外部信号XINT1被中断，以I/O为依据，DSP会做出判断，确定哪个开关属于超出工作范围运转。在DSP的I/O口处，把8个限位开关进行操作，使其分别被接入其中，然后还需要对MCRA和MCRB进行设置，数值为0。需要读取限位输入信号的状态，可以通过寄存器PADATDIR和PBDATDIR对应的数据位来获取具体数据，另外还要注意的是对应数据方向位设置（为0），使这些I/O管脚工作处于”输入”状态。在处理编码器INDEX信号时，采用的相同的方法处理，在每个轴上都有INDEX信号，共有4个轴，由此可知INDEX信号有4个。在逻辑与门的影响和作用下，随之产生中断信号，并接到XINT2，需要注意的是同时还接到I/O口，在出现中断的情况时，可以采取DSP读入。

1.2 四轴编码器信号处理

从电路的设计来看，采取的是四轴编码器信息处理电路的方式，以光电编码器输出的情况为例，可以看到两组相差90。的方法信号处理。经过这些操作后，确定了执行元件的具体益，并进行输入操作，设置16位的数字量，同时还要向中央处理器反馈结果，从编码处理器的构成来看，是由几个功能模块共同组成，分别是滤波、倍频、计数模块，从传统的四轴编码器信号处理的情况来看，电路采用的是分立元件的方法设计而成的，可靠性较高，但是抗干扰能力较差。在进行单片并行四轴编码器设计时，在处理电路时应了CPLD，这是由于这种方式的优势较为显著，具有较好的实时性，加之硬件体积较小，工作效率较高，可以使系统的集成度显著提升。与分元件相比，单片并行四轴编码信号的具有显著优势，处理电路集成都在一个片子上，其功能体现在两方面，一方面是从参数特性进行研究，发现在单片芯片中，不论是门电路还是触发器参数，并不存在差异的问题，只要转速相同，脉冲信号脉冲周期是一致的。从另一方面来看，电路存在于单个芯片之中，与分离器件所形成的电路相比，抗干扰性更高，系统的灵活度更高，通用性和可靠性都得到保障。从系统的时钟功能和输出功能来看，SELCET是输出选择信号并把信号分时送到数据总线。

在研究时，正负不予考虑，t产生的脉冲有两个，另外在延迟的r内，受到异或门的作用的影响，脉冲得以实现。

2 控制算法的设计

2.1 控制模型

运动控制器是不可缺少的设施，在驱动和位置控制系统中，出现动态和静态两种性能，这对运动速度、跟踪和定位精度等指标具有决定性作用。从实际情况来看，位置伺服控制所占地位仍然重要，控制方法以经典控制为主，从比例型和比例-积分型这两种算法来看，优点是算法更加简单，实现的难度较小。但是从存在的问题来看，控制参数适应性并不理想，处于较差状态，对于干扰并不具备抵抗能力。目前制造业对于效率的要求越来越，追求生产高质量产品，为了满足形状复杂零件的加工要求，使伺服系统更具稳定性，达到较高的精度，使动态响应特性得以改善，使系统参数变化的自适应性得以提升，达到较好的抗干扰性能，为了实现这些目标，发展先进的控制技术是大势所趋，但是从目前的实际情况来看，虽然 有很多控制方法被研发出来，但是实用价值并不高邮，从其表现看主要体现在以下三个方面：（1）由于算法计算量等因素的制约，控制实时性的要求无法解决。（2）控制理论存在缺陷，参数设计并不完善，稳定性分析的效果并不理想。（3）建模误差的问题一直没有解决，对控制品产生限制作用。需要设计出智能型位置控制器进行管理，采取的是线单神经元PID与CMAC并行控制的方式，在数控系统中应用了这种方法，达到较好的控制效果。

3 结语

由于控制技术和运动系统的共同作用，产生了运动控制器。对电机、传感器、微电子等多学科交叉应用技术具有控制作用。从其发展趋势来看，核心思想已经确定，即柔性化。从目前的发展情况来看，各类MCU发展的速度很快，不但能够进行快速运算，加之价格低廉、种类繁多等优点而得到广泛应用。还要引起注意的是由于MCU不同，其应用也不同，并形成不同的专用控制电路，使不同的应用需求得到满足，电路的安全性也随之提升，稳定性能达到更高标准。

[1]董谦，谢剑英.运动控制系统中PID调节器设计[J].电气自动化，2001，23(6):23-25.