是不是能够通过在伺服控制之外增加控制回路来提高性能呢?

  的轨迹和位置控制以及尽量短的整定周期,然而现实中即使选择最先进的伺服系统和最完满的

  理解前馈需要从伺服的控制回路开始,常见伺服系统都有三环控制设计,以实现对伺服电机精确的位置、速度和电流的控制。

  这里展示了常见位置环模型,通过位置传感器获得的实际位置信号和位置命令得出位置误差,经过PID运算之后获得输出值,一般位置环的输出值会作为下一个环,也就是速度环的输入。

  我们再看速度环模型,位置环的输出实际是速度命令,与通过种种类型的速度传感器获得实际速度相减得出速度误差,进行PI运算之后得到输出,即扭矩命令,也就是电流环的输入端。电流环原理和另外两个环的原理类似。

  假设我们此时转动电机,尽管对PID参数进行了大量微调,我们得知 还是没办法实现想要的负载运动轨迹。在加速阶段似乎总是存在滞后,而在减速阶段似乎总是出现超调。

  我们从示波器中获得轴的速度曲线和跟随误差曲线。过大的跟随误差对于用户来说运动轨迹未达到设计需求,或者更严重的跟随误差会带来运动轴的过冲,引起报警或带来安全隐患。

  原因之一就是,如之前的介绍,PID控制回路要输出任何内容,就必须一直有一个误差可供计算。

  另一个原因是现实情况下,PID控制的目标需要再达到高精度和减少震荡之间取得平衡,并适合各种轨迹和各种负载,PID增益代表了这些不同目标之间的折衷。

  如果有某种办法能够为运动控制器提供更多信息,也许我们大家可以减轻PID环路的负担,同时仍然减少位置误差 — — 这就是前馈。

  前馈控制是以不变性原理为理论基础的一种操控方法,在原理上完全不同于伺服PID控制管理系统,通过简单地将前馈数值添加到 PID 位置环输出中来引入前馈,从而修改电流环或速度环命令,以此补偿扰动对被控变量的影响。这个改变不受实际系统中测量的任何内容(例如编码器位置)的影响。

  前馈位于伺服环之外,至于该如何设定这来自于算法的设计,即系统如何对所需运动曲线或其他因素的变化做出反应。

  前馈对运动模型的预测越好,伺服反馈环路一定得执行的操作就越少,机器性能就越准确、响应越灵敏。

  YKCAT2前馈技术基于40年历史的德国CNC算法库。通过设定轴的动力学参数、用户选择的运动学模型以及X86的强大算力,获得精确的运动预测模型补偿扰动对轴的影响,并通过EtherCAT总线 将计算结果传递给伺服的电流环和速度环偏移接口,最终达到最佳的运动控制效果。

  我们打开YKCAT2前馈功能,再次运动。跟随误差被有效地降低了,明显提高了电机的跟随性能。

  减少跟随误差最直接的价值,是提高轨迹运动的控制精度。个人会使用这样的平台运行类似手机中框的图形。

  开启前馈功能前后分别运行一次图形,通过示波器显示出三条曲线:放大之后可以清晰看到,相同的运动速度下,粉色曲线更靠近绿色的CAD图纸轨迹。

  数据根据结果得出:开启前馈功能后,在相同的运动速度下,路径的平均偏差由0.033mm降到0.013mm,轨迹精度提高了60%。

  在高性能点位控制的场景,缩短关键轴的整定时间是核心需求,特别是短距离高加减速的场景。前馈功能针对用户的具体运动模型,提高了轴的跟随性能,因此能缩短关键轴的整定时间。

  在0.01mm的定位精度下,未开启前馈的实际运动时间为454ms、整定时间132ms,开启前馈后的运动时间为428ms、整定时间106ms。前馈功能使轴的整定时间缩短约20%。

  我们知道,轴在克服静摩擦力时会导致机构振动,而动摩擦力会影响力矩输出的稳定。

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