伺服驱动器模拟量速度指令自动调零方法及其实现

　　1 概述

　　数控系统是数控机床工作的大脑。交流伺服驱动器作为驱动部件，交流伺服电机作为执行机构，伺服电机带有位置检测的光电脉冲编码器．将位置检测的光电编码器的脉冲数直接反馈给数控系统。由于目前国内大多数位置全闭环数控系统输出的速度指令。是以模拟量形式输出给伺服驱动器；而模拟量速度指令由于受环境、温度、湿度、电磁场空间等多因素影响，其零点位置会发生偏移，对整个位置数控系统的控制精度造成较大影响。

　　本文介绍一种简便、实用、高可靠性的模拟量速度指令自动调零方法．以提高整个位置数控系统的控制精度．适应位置全闭环数控系统对模拟量速度指令零点位置偏移的快速、准确、自动校正的要求。在目前国内大多数的位置全闭环数控系统中．位置环是建立在数控系统上。而速度环是建立在伺服驱动系统上的：即由数控系统根据系统位置偏差进行位置比例调节。输出模拟量速度指令给伺服驱动器，再由伺服驱动器控制伺服电机按照指定的速度指令运行。其系统控制框图如图1所示。

　　一般数控系统输出的模拟量速度指令的输出范围在-10-+IOV之间，即-10V对应系统的最小速度指令。+10v对应系统的最大速度指令，0V对应模拟量速度指令的零点位置。由于每一个位置全闭环数控系统的最大和最小速度指令是不一样的．这就需要在数控系统和伺服驱动器中都有一个速度指令增益参数来设置每一伏模拟量电压对应多少速度指令。例如：在一个±2000 r/min的位置全闭环数控系统中，速度指令增益参数=2000/10=200。而模拟量速度指令由于受到环境、温度、湿度、电磁场空间等多种因素的影响。使其零点位置会发生偏移。这样就对整个位置数控系统的控制精度造成较大的影响。因此需要对模拟量速度指令进行零点位置偏移的校正．模拟量速度指令零点位置偏移校正原理是：

　　零点速度指令=模拟量零点电压指令值一模拟量零点电压校正值=0    

　　在原先的位置全闭环数控系统中．模拟量速度指令零点位置偏移校正是由数控系统检测加人工--T-动调整来实现的，其调整步骤如下：

　　1)数控系统输出0V模拟量电压指令给伺服驱动器；2)数控系统对位置传感器反馈的位置信息进行微分计算，求出系统运行速度值；3)将系统运行速度值显示在数控系统的显示屏上．告知模拟量速度指令零点位置偏移校正人员；4)由校正人员根据系统运行速度值设置模拟量零点电压校正参数。

　　上述调整方法由于需要人工参与调整．而人员的目视校正本身就存在较大的测量误差．使系统零点偏移校正的精度也就随之降低；而模拟量零点电压的干扰是随机的。人工调整明显不利于模拟量速度指令的实时调整，使系统的调零误差会大大增加；同时人工调整的效率也是比较低的。使整个系统的工作效率也会大大下降。

2 模拟量速度指令自动调零方法的介绍

　　模拟量速度指令自动调零方法是在伺服驱动器内部控制软件的基础上．利用伺服驱动器原有的AD(模数)高速采样转换模块，添加模拟量速度指令零点位置偏移自动校正的软件算法．来实现位置全闭环数控系统模拟量速度指令自动调零的方法。

　　整个模拟量速度指令自动调零的方法是在伺服驱动器的输入接口中增加一个自动调零的启动信号。当数控系统输出0V模拟量电压指令给伺服驱动器后，再将自动调零的启动信号开启，输出给伺服驱动器。此时伺服驱动器就应用内部集成的模拟量速度指令零点位置偏移自动校正的软件算法和相应的内部集成硬件设备相配合，来实现模拟量速度指令自动调零。

　　整个模拟量速度指令自动调零的方法利用了伺服驱动器内部的主要控制器件数字信号处理器(DSP)芯片、AD(模数)高速采样转换模块、I/O接口模块作为方法实施的硬件基础。在数字信号处理器(DSP)芯片内部添加模拟量速度指令零点位置偏移自动校正的软件算法来实现位置全闭环数控系统模拟量速度指令自动调零的方法。

　　在伺服驱动器的I/O接口模块收到数控系统发出自动调零的启动信号后．伺服驱动器就利用内部集成的多通道AD(模数)高速采样转换模块对模拟量速度指令进行高速的模拟量到数字量的转换。由于多通道AD(模数)高速采样转换模块具有16个16位模数转换通道，同时模数转换率可以达到2MHz，模数转换的误差仅为六万分之一．这样就为模拟量速度指令自动调零提供了良好的硬件基础。数字信号处理器(DSP)芯片利用内部的软件算法对模拟量速度指令的转换结果进行平均算法滤波、过采样滤波和卡尔曼算法滤波的软件处理。将软件处理的结果直接作为模拟量零点电压校正值。速度指令按照下述公式在软件中计算得到：

　　速度指令=(模拟量零点电压指令值一模拟量零点电压校芷值)×速度指令增益参数    (2)

　　模拟量速度指令自动调零方法由于采用了上述技术方案．使之具有以下的优点和效果：

　　1)提高了系统的控制精度；2)提高了整个系统的工作效率；3)为用户提供了方便，提高了系统可靠性。