摘要：本文旨在對丹麥丹佛斯公司生產(chǎn)的通用異步電動機同步控制器在多軸隨動系統(tǒng)中的應用技術特點加以分析。 關鍵詞：丹佛斯公司異步電動機伺服控制器 隨動跟蹤運行 Abstract:This article is introducing the SyncPos option of Danfoss on speed and position synchronizing controlling in multi-shaft application. Keywords: Positioning, SyncPos option 在多軸同步運行的控制系統(tǒng)中，主從運行方式是十分普遍的構造方式。主從運行又稱為隨動運行方式。既不論主軸以什么運動規(guī)律運行，從動軸都會以某一預先確定的跟蹤方式跟蹤主軸運行，且其正常運行時的動、穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差的最大值具有預先確定性。在現(xiàn)實應用中，人們可以通過變頻調(diào)速器信號的簡單配合便可實現(xiàn)多軸的同步運行。這種方式具有簡單實用的特點，但是無論穩(wěn)態(tài)運行，還是動態(tài)運行，其同步精度都十分粗糙。當應用系統(tǒng)對同步運行有較高的動、穩(wěn)態(tài)要求時，人們首先會想到使用伺服控制器實現(xiàn)系統(tǒng)的要求。然而，伺服控制器的市場價格卻常常使人們望而卻步。特別是當系統(tǒng)容量較大時，人們更是難以承受高額的資金投入。本文介紹的丹麥丹佛斯公司生產(chǎn)的伺服控制卡（SyncPos Controller )在多軸同步控制運行方式下將使用戶以較低的資金投入獲得同步系統(tǒng)極高的穩(wěn)態(tài)精度和較高的動態(tài)精度。 §1. SyncPos的系統(tǒng)構成及其隨動系統(tǒng)構造概念 SyncPos 伺服控制卡是丹佛斯公司專門為其通用系列變頻調(diào)速器VLT5000系列設計的、安裝在其內(nèi)部的專用輔助部件，專門用于處理機械系統(tǒng)的各種運動軌跡和控制功能。該部件除了具有完全可編程序能力外，其指令系統(tǒng)還包含了全部伺服控制所需的控制功能。此外，該系統(tǒng)具有獨立的I/O系統(tǒng)，使其應用十分靈活方便。更為重要的是，SyncPos與VLT5000的數(shù)據(jù)及指令交換采用的是內(nèi)部并行總線方式，具有極高的數(shù)據(jù)交換速度，從而保證了控制指令的“0延遲”執(zhí)行。 SyncPos的運行過程采用速度（或相角）閉環(huán)方式，其執(zhí)行部件可以是IEC規(guī)定的標準異步電機，也可以是其他類型的異步電機。其位置或相角檢測則采用光電編碼器加以實現(xiàn)。編碼器可以是絕對位置型，也可以是增量型。SyncPos的最大脈沖接收頻率為220kHz。使用增量型編碼器時，SyncPos采用四分相脈沖qc（也稱為細分脈沖）計數(shù)法，因而具有很高的測量精度。 用SyncPos構成的從動軸控制系統(tǒng)結(jié)構如圖1.所示. 圖中，主從軸使用的光電編碼器可以具有相同的分辨率，也可以具有不同的分辨率。該構造方式是經(jīng)典的主 同步控制時主從信號的連接 從方式，其主要特點是除了具有很高的運行精度外，還有系統(tǒng)結(jié)構簡單，成本較低的優(yōu)勢。 §2. 用SyncPos 構造系統(tǒng)時的動、穩(wěn)態(tài)精度的分析 圖2. 所示的內(nèi)容為雙軸同步控制時，從動軸與主軸之間在運行過程中的速度關系。也可以將其理解為從動軸與主軸之間的位置關系。由圖中所示波形可見，在主軸處于穩(wěn)態(tài)運行，或者速度變化速率不大時，從動軸與主軸是處于同步狀態(tài)的。而當主軸速度發(fā)生變化時，或者其速度變化的速率很大時，從動軸的實際角位置將首先滯后于主軸（產(chǎn)生實際運行誤差），然后將以高于主軸 速率的變化追蹤主軸的變化，從而達到位置跟蹤的目的。這里需要討論的是，上述這種動態(tài)誤差究竟有多大？是否可以加以控制以約束其實際誤差的絕對值？由于影響動態(tài)誤差的因素較多，且現(xiàn)實生產(chǎn)中，很多時候難以獲得這些因素的精確數(shù)據(jù)，因此，往往難以事先精確計算出系統(tǒng)運行誤差的最大絕對值。為了解決實際使用中誤差的可控性，SyncPos給出了十分方便于操作的誤差控制方法，即PID參數(shù)的調(diào)試觀測程序 Testrun。通過PID參數(shù)的反復修正并運行Testrun，可以容易地觀察到PID參數(shù)的設置效果（見圖3.）。以使實際運行速度和給定運行速度之間的誤差減小到系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。圖3. 中所給出的測試結(jié)果顯示，受測試的系統(tǒng)的給定速度是每毫秒2.27個用戶單位（2.27UU/ms），而PID 的實際運行結(jié)果是2.30個用戶單位/每毫秒（2.30UU/ms），實際誤差是0.03個用戶單位/每毫秒。在該例中，一個用戶單位等于編碼器的一個細分脈沖，即1UU=1.00qc。用戶單位可以是用戶規(guī)定使用的任意其他測量單位。顯然，如果你需要很高的運行精度，你就需要反復修正PID的設置數(shù)值并觀測其運行效果，直至滿意為止。 位置同步運行時受控軸的運行特性 PID的測試結(jié)果 §3. SyncPos 在位置跟蹤系統(tǒng)的應用舉例 位置跟蹤的應用目的主要是獲得從動軸與主軸之間相角的固定關系，即 q從 = k.q主 。式中k為比例系數(shù)。當k = 1時，主從軸之間的相角呈完全對應關系；當k < 1時，從動軸相角的變化將低于主軸；而當k > 1時，從動軸相角的變化將高于主軸的變化。 　　　齒輪加工過程的齒面磨削工藝過程可以說是一個典型的位置跟蹤應用實例。 在這一應用中，工藝要求成型砂輪每轉(zhuǎn)過一周，被磨削齒輪需轉(zhuǎn)過一個齒距所對應的角度。系統(tǒng)的控制方式是,齒輪作為受控的從動軸跟隨成型砂輪而運轉(zhuǎn)。無論砂輪處于何種狀態(tài)，作為工件的齒輪都必須嚴格保持與砂輪的角位置同步。齒輪的齒面的磨削 通常，在很多時候，上面提到的主從軸比例系數(shù)k往往并不是一個整數(shù)，甚至是一個循環(huán)小數(shù)，如果不加以解決，則會產(chǎn)生累積誤差。SyncPos給出了很好的解決方法。即，實際應用時不必給出實際的數(shù)值，只需給出其比例關系即可，k = q從/q主. §4.小結(jié) 本文只討論了使用SyncPos實現(xiàn)多軸主從隨動運行的方法。該方法具有結(jié)構簡單，實現(xiàn)容易，精度很高的特點。文章未涉及更高給定精度的虛擬主軸方式。