MINAS A系列交流伺服驅(qū)動器是日本松下電器公司生產(chǎn)的全數(shù)字化交流伺服裝置，具有響應快、精度高、體積小，共振抑制、多閉環(huán)控制功能和控制方式多樣化、保護措施齊全等特點。目前已廣泛應用于數(shù)控機床、機器人、輕工機械、紡織機械、醫(yī)療器械、自動化生產(chǎn)線、半導體生產(chǎn)等各種有精確調(diào)速、定位要求的場合；利用PLC(可編程控制器)強大的編程、運算與控制功能，本文提出了PLC與伺服驅(qū)動相結(jié)合的位置控制模式，并給出了數(shù)控機床兩軸聯(lián)動位置控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)方法。

1 系統(tǒng)原理與組成

　　原理：PLC發(fā)出的指令脈沖數(shù)與編碼器檢測的位置反饋脈沖數(shù)同時送入伺服驅(qū)動器進行比較并確定偏差，按一定控制規(guī)律運算后得到的校正信號作為速度控制器的給定，再經(jīng)電流調(diào)節(jié)與功率放大，使電機和機床工作臺朝消除偏差的方向運動。由于位置指令是經(jīng)常變化的隨機變量，要求輸出量準確跟蹤給定量的變化，因此，輸出響應的快速性、靈活性、準確性成為位置隨動系統(tǒng)的主要性能指標。為滿足這些指標要求，采取由位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)構成三環(huán)控制系統(tǒng)，控制方框圖如圖1所示，各環(huán)節(jié)的功能說明如下：

圖1三環(huán)控制位置伺服系統(tǒng)

　　位置環(huán)：是位置隨動系統(tǒng)的主要結(jié)構特征，采用P調(diào)節(jié)，增益設定愈高，定位時間愈短，獲得快速定位響應特性。同時，保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。

　　速度環(huán)：轉(zhuǎn)速構成的負反饋內(nèi)環(huán)采用PI調(diào)節(jié)，通過調(diào)整其增益與積分時間常數(shù)，抑制振蕩，減少超調(diào)，提高系統(tǒng)的快速性。

　　電流環(huán)：起電流跟隨、過流保護和及時抑制電壓擾動的作用；電流環(huán)增益隨型號而定，不能調(diào)節(jié)。

　　此外，還可以建立速度前饋控制與反饋控制相結(jié)合的復合控制，以減少速度的超調(diào)、失調(diào)和到位信號的抖動，使位置偏差接近0，以及設置其他相關參數(shù)，降低躁聲，抑制諧振等，進一步改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)品質(zhì)指標。

2 硬件設計

　　系統(tǒng)硬件由FX2N-80MT PLC、交流伺服驅(qū)動器MSDA043AIA、交流伺服電機MSMA042A1G(400W)及1 1線增量式編碼器(脈沖數(shù)2500P／r，分辨率10000)組成。系統(tǒng)硬件構成原理圖如圖2所示。

圖2系統(tǒng)硬件構成圖

　　PLC：計算并輸出指令脈沖。通過運行程序，計算出插補軌跡的指令脈沖數(shù)與脈沖頻率，確定脈沖方向，再經(jīng)輸出后，作為驅(qū)動器的給定信號。

　　交流伺服驅(qū)動器：集成了位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)等多種調(diào)節(jié)控制功能，通過改變參數(shù)來實現(xiàn)不同的控制規(guī)律；能與PC機通信，進行在線分析調(diào)試與動態(tài)調(diào)整。

　　伺服電機與編碼器分別起執(zhí)行、檢測反饋結(jié)果的作用。

3 軟件設計與實現(xiàn)

　　伺服驅(qū)動器的輸入脈沖信號由PLC程序決定，兩軸聯(lián)動直線插補軟件流程如圖3所示。根據(jù)伺服電機旋轉(zhuǎn)一圈對應的水平位移和編碼器的分辨率確定脈沖當量δ(本系統(tǒng)δ=-0.0004／脈沖)，然后計算出每一段擬合直線斜率k及分別在x、Y軸的增量值所對應的脈沖數(shù)，并由斜率忌求出z、Y軸脈沖輸出頻率fx、fy脈沖方向取決于X、Y軸增量值的正，負。這樣，由x、Y軸的脈沖數(shù)、輸出頻率fx、fy和x、y軸增量值的正、負就能使伺服系統(tǒng)按照預先設定的軌跡運動。這種插補具有同步性，即x、y向同時運行與停止，在程序設計上采用浮點算法，因而插補軌跡精確，插補完成時間短，工作效率高。

圖3兩軸聯(lián)動直線插補流程圖

4 結(jié)論

　　經(jīng)調(diào)試檢測，PLC-伺服控制系統(tǒng)結(jié)構簡單，功能強大，穩(wěn)定性好，充分發(fā)揮了PLC和伺服驅(qū)動單元各自的優(yōu)勢，即控制靈活、響應快速、定位精準等特點，滿足位置控制的性能要求，具有良好的應用前景。