高精度激光直寫數(shù)字伺服濾波器的設(shè)計

其中，rin(k)為采樣K時刻的位置輸入信號，為了能模擬實際的效果，將輸入的rin(k)設(shè)置為不規(guī)則的位置信號，此時輸入指令為正弦疊加信號；drin(k)為采樣K時刻的速度輸入信號；ddrin(k)為采樣K時刻的加速度輸入信號，并且drin(k+1)=(rin(k+1)-rin(k))／ts，ddrin(k+1)=(drin(k+1)-drin(k))／ts。
3．2 仿真波形
對于高精度的激光直寫，衡量其性能主要取決于速度的穩(wěn)定、響應(yīng)度和位置的精確。因此在圖3的仿真中，要根據(jù)實際情況，多次調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)參數(shù)，并經(jīng)過分析和對比，從中得到一幅速度穩(wěn)定、位置精確的跟蹤圖，其仿真波形如圖4所示。

圖4(a)為速度跟蹤結(jié)果，設(shè)置的速度和實際的速度重合，速度穩(wěn)定，穩(wěn)定控制在0．1％內(nèi)。在0時刻附近出現(xiàn)了速度突然的“跳躍”，是由于沒有調(diào)節(jié)積分限。因此在實際情況中應(yīng)先把積分限(飽和控制器)設(shè)置為O，Ki設(shè)定為期望值，再設(shè)置積分限到期望的積分限。
圖4(b)為位置跟蹤結(jié)果，輸出的實際位置和設(shè)置的目標(biāo)位置重合。位置定位精確高，精度控制在0．1％內(nèi)。
仿真結(jié)果表明在帶有摩擦條件下，位置跟蹤沒有存在“平頂”現(xiàn)象，速度跟蹤沒有存在“死區(qū)”現(xiàn)象。位置跟蹤定位精度高，速度跟蹤穩(wěn)態(tài)精度高。

4 軟件實現(xiàn)
伺服單元模塊由伺服驅(qū)動器設(shè)計，其參數(shù)調(diào)節(jié)可以在伺服驅(qū)動器中設(shè)置，詳細(xì)參考驅(qū)動器用戶手冊。PID數(shù)字濾波器+前饋復(fù)合控制系統(tǒng)由DSP2812實現(xiàn)。操作流程為：先將PID復(fù)合仿真模塊的MATLAB語言生成CCS中的C語言，然后移植到CCS軟件中，并根據(jù)PID控制算式原理結(jié)合軟件設(shè)計流程進行修改。

5 結(jié)論
介紹了伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，針對系統(tǒng)中存在的摩擦環(huán)節(jié)和實際要求進行分析，然后結(jié)合根據(jù)控制原理，設(shè)計了伺服PID數(shù)字濾波器。通過MATLAB仿真驗證該數(shù)字濾波器速度穩(wěn)定；位置跟蹤誤差收斂于零。并從中得到了關(guān)于調(diào)節(jié)控制參數(shù)的經(jīng)驗。最終的實際結(jié)果表明，整個系統(tǒng)輸入與輸出時差小于100 Ls；無噪音無振蕩；定位精度誤差控制±1μm范圍內(nèi)。