基于现场总线的双CNC轴同步协调控制方法研究

　　3.2 专家PID控制算法

　　专家控制方法是基于受控对象和控制规律的各种知识，以智能的方式利用这些知识来实现对被控对象的控制。利用专家经验来设计专家PID参数便构成专家PID控制。专家PID控制的具体流程如图4所示。图中error(k)表示第k个同步误差，Aerror(k)表示当前第k个同步误差相对于上一次(第k-1个)同步误差的增幅，M为系统设定的常数。

图4专家PID控制流程

　　实施较强的控制作用即是控制器输出较大调整量，实施较弱的控制作用即是控制器输出较小的调整量。调整量的大小可以通过增加或是减小PID参数的大小来实现。

　　3.3 控制信号分配

　　分析可知两个同步轴的跟随误差有3种形式，如图5所示。控制信号分配策略依据两个轴的跟随误差进行分配。此时的调整不是对一个轴进行调整，而是同时调整两个轴。在同步轴中任何一个补偿都可以减小同步误差，具体每个轴补偿量的大小，取决于两个轴跟随误差的大小。

图5两轴跟随误差图解

　　依据两个同步轴的跟随误差有3种形式，设同步控制器C的输出为PIDerror，具体的信号分配策略如下：

　　1)X轴和X'轴的实际位置点在位置指令点的同侧，且x轴跟随误差小于X'轴的跟随误差。此时将K1*PIDerror分配给X'轴，将K2*PIDerror分配给x轴。K1和K2为系统设定的常数，K1>K2且K1+K2=1。目的是使X'轴位置快速地靠近X轴位置。

　　2)X轴和X'轴的实际位置点在位置指令点的同侧，x轴跟随误差大于X'轴的跟随误差。此时将K1*PIDerror分配给X轴，以调整X'轴的位置，将K2}PIDerror分配给X'轴。K1和K2为系统设定的常数，K1>K2且K1+K2=1。目的是使X轴位置快速地靠近X'轴位置。

3)X轴和X'轴的实际位置点在位置指令点的两侧，则将同步控制器输出按比例分配给两个轴。x轴分配值为同步PI—Derror*｜rp｜／｜pp'｜，x’轴分配值为PIDerror｜rp'｜／｜pp'｜。

　　3.4 现场总线协议

　　在双轴协调式同步控制中，同步控制器的输出要补偿到两个同步轴的速度环中，因此两个同步轴的伺服除了接收插补位置指令外，还要接收同步误差速度补偿值。这个补偿值由现场总线协议的应用层协议提供。插补指令的应用层协议帧如表1所示。CNC与伺服间每个传输周期可传输16个字节，第二列为CNC下发的插补命令，第三列为伺服响应的反馈位置和状态。在本文的设计中，在插补命令中加入了同步误差速度补偿字段。