运动控制器初级应用

1、PMAC 运动的初级应用PMAC 代表 Programmable Multi-Axis Controller可编程的多轴器PMAC 可以服务于各个行业，从精密到微米级的设备到上千马力的重型设备。PMAC应用包括：人 装配线材料处理光学橡胶机械自动缠绕设备激光切割n 食品机械n 机床n 印刷机械n 木工机械n 包装机械 及其他1PMAC 可编程器n 可指令多轴同时运动n 使用数字过程处理(DSP)，可运行运动编制软PLC程序n 带有32个通用I/O，可通过跳线设定为输入或输出模式n 可方便的通过COM口或者接口和上位机通讯每个PMAC固件拥有4轴的能力，可通过扩展卡最多可扩充到32 轴，这32轴

2、可以：n 完全联动于一个坐标系下n 可以的运行于各自的坐标系下n 可以几个组合，实现复杂的功能2PMAC 系统动3编写和调试程序设计程序结构（计算机，运，PLCs)系统编程坐标系定义和比例关系M变量定义图软件设置和定义连结检查接线硬件PMAC卡的准备工作n 级联使用时设置跳线n 通讯的波特率跳线，一般采用默认n 编码器跳线，默认为输入n 模拟电路跳线，短接后将取消光电4PEWIN软件执行程序是一个工具，用来帮助同PMAC卡进行通讯，和PMAC卡的故障。编译程序，以及执行程序可以使你存取所有PMAC的特性，例如，你可以：n 给PMACn 监视位置 速度 跟随误差n 监视PMAC卡的电机，坐标系和

3、全局的状态n 监视，修改和PMAC卡的变量n 执行电机的伺服环调整和自动调整n 备份和恢复PMAC卡的所有设置文件n 使用帮助文件发现PMAC卡的问题5的连接PMACn 首先安装PMAC驱动6设置PMAC的IPn 运行EthConfigure.exe程序7设置上位机IP8启动PMAC应用程序PEWIN32n TOOLS菜单项里选择PMAC Test Pro9PMAC 指令(立即执行,全局指令坐标系定义 (&n )电机定义 (#n)A.B.C.方式设定, 运动指令, 设定, 缓冲区, 变量2. 缓冲区指令 (可A. 运动程序)运动, 方式,计算, 逻辑, 指令, 信息B. PLC 程序计

4、算, 逻辑, 指令, 信息* 用OPEN表，使缓冲区指令输入10PMAC 变量和功能1. I-变量 (1024) 初始化和 变量设置提前定义其含义 有的影响卡的全局有的是电机的定义有的是坐标系的有的是编码器的定义2.P-变量(1024) 用户定义的变量48-bit 浮点格式全局存取 (与坐标系无关)11PMAC 变量 (继续)3. Q-变量 (1024) 用户定义的变量48-bit 浮点格式与坐标系的定义有关4. M-变量 (1024)使用卡的内存和I/O寄存提供用户用户定义地址, 偏置值, 和位宽度无方向, 可双向, BCD码, 可用的浮点格式12PMAC I-变量 概述I0-I99 I10

5、0-I186 I187-I199 I200-I286 I287-I299.I800-I886 I887-I899 I900-I989卡全局设定电机1 设定坐标系 1 设定电机 2 设定坐标系 2 设定电机 8 设定坐标系 8 设定硬件 设定13基本电机定义 I-变量Ix00电机 x 有效 (x = 电机序号)Ix00=0电机 x 无效不执行伺服计算没有位置报告Ix00=1电机 x 有效伺服计算速度为 30msec/cycle14基本电机定义 I-变量Ix01电机 x 换相 (x = 电机序号)Ix01=0不需PMAC执行换相不执行换相计算一输出Ix01=1由PMAC执行换相相计算速度为 3ms

6、ec/cycle 一个电机需要2路模拟量Ix70-Ix83 必须使用15电机 x 保护变量Ix15在终止和遇到限位时的速率(: cts/msec2; 浮点形式)一定不要设为“0”!(电机将没有)Ix16准许的最大编程速度(: cts/msec; 浮点)只对直线速度混合方式 (I13=0)速度可使此速度比例变化 (% 值)也适用于RAPID快速方式，如果 I50=116电机 x 保护变量(续)(: cts/msec2; 浮点)只对直线混合运动 (I13=0)可使此速度比例变化 (% 值)速度也适用于RAP方式，如果 I50=1Ix19的JOG最大度(: cts/msec2;浮点)可以用 TA (

7、Ix20) and TS (Ix21)如果 Ix20=0 and Ix21=0，总用此度17Ix25 - Motor x Flag Address and ModesModesPMAC address of flags25C004Hex($)Bin01010011010000000000100mplifier enable functionDo not use amplifier enable function Enable hardware position limits Disable hardware position limits=1=0=1=0=1Enable amplifier f

8、ault input Disable amplifier fault input=00Kill all PMAC motors on fault or F.E.=01Kill all C.S. motors on fault or F.E.=1xKill this motor only on fault or F.E.=0Low true fault input=1High true fault input18Ixx25 - Motor x Flag Address for TURBOTURBO PMACaddress of flagsHex($)Bin因为TURBO PMAC的内变量需要设置

9、（I*24)一个新的标志设定190780000011000001000Ixx24 - Motor xModes (for TURBO)Modes520000Hex($)Bin01010010000000000000000=0 PMAC1=1 PMAC2amplifier enable function=1Do not use amplifier enable function=0Enable hardware position limits=1Disable hardware position limits=0Enable amplifier fault input=1Disable ampl

10、ifier fault input=00Kill all PMAC motors on fault or F.E.=01Kill all C.S. motors on fault or F.E.=1x Kill this motor only on fault or F.E.=0Low true fault input=1High true fault input20电机手动JOG运动方式JOG方式是PMAC卡的最简单闭环运动形式JOG的指令为PMAC卡的指令Jogging 可用于简单主轴的应用或以常速运动，象在需要学习的: 怎样JOG指令电机 怎样改变JOG的速度怎样改变JOG的度21JOG

11、指令Jog 正向连续运动Jog 反向连续运动Jog 运动停止 (或者闭环)Jog 返回前一个JOG的 (或上一个编程) 位置J+ J-J/ J=-J=常数J常数 J:常数 J=*-Jog 到指定的位置 (是脉冲counts)Jog 从当前实际位置运动指定的距离Jog 从当置运动指定的距离Jog 运动一个变量 (PMAC 的内存地址)J=常数或 *常数 -Jog 直到触发变量 Ix19-Ix22 用于JOG.变量可以在运动中改变,但只有到下一个JOG指令时才有效22JOG指令例子#1J+-Jog #1电机正向运动#1J=1000 #2j+-Jog#1电机正向运动到1000cts并且jog #2电

12、机正向运动Set 电机#1 jog 速度为 30 counts/msecI122=30 I220=50-Set 电机#2时间为 50 msec注 : 电机如果定义在坐标系下，且正在执行不能对此电机进行JOG运动，是23电机 x Jog 变量Ix19的 Jog最大(可以度: cts/msec2; 浮点形式)如果 Ix20=0 and Ix21=0，使用Ix19的设定Ix20Jog时间:(: msec; 整形)如小于2倍的Ix21, 则无效Ix21Jog S-曲线时间 (: msec;整形)可以TA(Ix20)Ix22Jog 速度 (绝对值: cts/msec; 浮点)24Motor x 运动变量

13、Ix20时间 (Jog, Home)Ix21 S-曲线时间 (Jog, Home)VIx21=0TIx20Ix2025Motor x运动变量Ix20时间 (Jog, Home)Ix21 S-曲线时间 (Jog, Home)VIx20 < 2 * Ix21TIx21Ix21Ix21Ix212*Ix212*Ix21Note that Ix20 is not used26Motor x运动变量Ix20时间 (Jog, Home)Ix21 S-曲线时间 (Jog, Home)VIx20 > 2 * Ix21TIx21Ix21Ix21Ix21Ix2027指令HM-作运动HMZ - 将当前位置

14、作为零位指令举例:#1HM -电机#1执行运动#1HM #2HM #3HM 同时开始运动注:当一个电机在一个坐标系下正在执行，28P-变量P-变量是用户全局变量可用于PMAC编程中的计算.w 48-位浮点形式w 1024 P-变量从 P0 to P1023可用于:1.计算P100=P101*(sin(45)2. 软件触发IF(M1!=1ANDP10=0)29P-变量 继续假设你编写运动轨迹为 SIN(q) + COS(q) 的运动程序.你可以如下编写:使用提前计算出的每点坐标使用变量公式或P1=0 WHILEX1 X1.0173 X1.0343. X0.9824X1(P1<361)P2=

15、SIN(P1) X(P2) P1=P1+1ENDWHILE+COS(P1)30Q-变量Q-变量是用户全局变量可用于PMAC编程中的计算.Q-变量时坐标系下的 变量多坐标系下使用需注意需要学习:w Q-变量在内存总是如何组成的w 如何确定那个变量对您的系统有效31M-变量M-变量用于PMAC内存地址和I/O点地址M-变量没有预先定义的含义.用户必须通过定义M-VariablesPMAC 的地址.M-变量一旦定义好后，可用于计算和判别触发需要学习: M-变量如何指向内存w 通过M-variables如和设定I/O点32简单 M-变量定义X: 地址, 偏置位, 宽度, 格式Y: 地址, 偏置位, 宽

16、度, 格式偏置位 是启始的位号宽度 缺省宽度为 1; 可以是 1, 4, 8, 12, 16, 20,or 24 位宽格式- 缺省 U (无方向的); 可以设为有方向 S定义 M-变量M0->x:$0000,0,24 M1->Y:$FFC2,8,1 M9->Y:$FFC2,8,8M102->Y:$C003,8,16,s M197->Y:$0806,0,24,s M120->Y:$C000,20,1指向伺服时钟指向机床输出点 1指向机床输出点 1-8指向DAC 1输出指向速率指向轴1的标志信号Delta Tau 建议的 M-变量定义在 PMAC 软件参考手册3

17、3M-变量 定义PMAC1 memory location Y:$FFC2 mapped to the JOPTO port: 8 inputs and 8 outputsOutputsInputsM9->Y:$FFC2,8,8 M19->y:$FFC2,0,8;JOPTO port output word;JOPTO port input word使用 M-变量M9=1 M9=45机床输出1有效机床输出有效1,3,4,6 打开并且关闭机床输出 2,5,7,845=0010 101 二进制34BIT2322212076543210PMAC 调整PMAC的 伺服算法必须设置以适用于系

18、统电机和放大器的工作.设置可通过I变量的调整，获取适当的PID增益数值称作调整需要学习: PID 增益的含义w PID 伺服环的功能w 如何设置系统 PID 增益 .35典型 P.I.D 伺服环-Following Error跟随误差Commanded Position指令位置Actual Position实际位置=ErrorCommand +AMPPosition-MActual PositionEncP (proportional gain比例增益)Spring弹性，弹力I (integral gain增益)D (derivative gain微分增益)Shock Absorber减震，吸

19、收36DAC16 Bit?10VPIDServo AlgorithmDigital Number?32767 DAC BitsD A CStep Move Tuning阶跃调整T im eD A C O u tp u tN o te : T h e in te n t is to o p era te w ith in th e lin e a r ra n g e o f th e s y s te m . T h is is u s u a lly a s te p s iz e a p p ro x . 1 /2 m o to r re v .D A CIx 6 9D A CIx 6 9

20、T im eT im e- Ix 6 9D A C S a t u ra t io nC a u s e : T o o m u c h P ro p o r t io n a l o r D A C L im it is to o lo wF ix : R a is e D A C L im it ( Ix 6 9 ) o r L o w e r K( Ix 3 0 )pN o is y D A C H o ld in g P o s it io n C a u s e : Q u a n t iz a t io nF ix : D e c re a s e K( Ix 3 1 )dD A

21、CIx 6 9D A C2 0 % Ix 6 9T im eT im e- 2 0 % Ix 6 9- Ix 6 9M o re D A C A v a ila b leC a u s e : N o t e n o u g h P r o p o r t io n a l F ix : E v a lu a te p e r fo r m a n c e a n dm a y b e in c r e a s e K( Ix 3 0 )pP h s ic a l S y s te m L im it a t io nC a u s e : L im it o f th e M o to r

22、/A m p lif ie r / L o a d a n d g a in c o m b in a t io nF ix : E v a lu a te P e r fo rm a n c e a n d m a y b e u s e m o re K( Ix 3 0 )37P O S1 / 2 to 1 /4 m o to r re vStep Move Tuning阶跃调整T im eC o m m a n d e d P o s itio nN o te : T h e in te n t is to o p e ra te w ith in th e lin e a r ra n

23、 g e o f th e s y s te m . T h is is u s u a lly a s te p s iz e a p p ro x . 1 / 2 m o to r re v .P O S1 / 2 to 1 /4 m o to r re vP O S1 / 2 to 1 /4 m o to r re vT im eT im eOv e rs h o o t a n d O s c illa t io n C a u s e : to o lit t le D a m p in go r to o m u c h p ro p o r t io n a l g a inP

24、o s it io n O ffs e tC a u s e : F r ic t io n o r C o n s ta n t F o rc e F ix : In c r e a s e K I ( Ix 3 3 )F ix : In c re a s e K d ( Ix 3 1 )D e c re a s e K p ( Ix 3 0 )P O S1 / 2 to 1 /4 m o to r re vP O S1 / 2 to 1 /4 m o to r re vT im eT im eP h s ic a l S y s te m L im ita t io nC a u s e

25、: L im it o f th e M o to r /A m p lif ie r / L o a d a n d g a in c o m b in a t io nF ix : E v a lu a te P e r fo rm a n c e a n d m a y b eS lu g g is h R e s p o n s eC a u s e : T o o m u c h D a m p in g o r to o lit tle P ro p o r t io n a lF ix : In c re a s e K p ( Ix 3 0 ) o r D e c re a s

26、 e K d ( Ix 3 1 )38u s e m o re K( Ix 3 0 )pVelAccParabolic Move Tuning抛物线运动TimeTimeVelocity ProfileAcceleration ProfileF.E.F.E.TimeHigh vel/FEcorrelation Cause: Damping Fix: Increase K (Ix32)vffHigh vel/FE correlation Cause: FrictionFix: Add "Friction Feedforward" (Ix68) and/or turn on in

27、tegral gain (Ix33, Ix34)F.E.F.E.TimeTimeHigh acc/FE correlation Cause: Inertial lagFix: Increase K(Ix35)affHigh acc/FE correlationCause: Physical system limitations Fix: Use less sudden accel, or add"Friction Feedforward" (Ix68)39V e lA c cT im eT im eV e lo c ity P ro f ileA c c e le ra t

28、 io n P ro f ileF . E .F . E .T im eN e g a tiv e v e l/ F E c o rre la tio n C a u s e : T o o m u c h v e l F FF ix : D e c re a s e K( Ix 3 2 )v ffH ig h v e l/ F E c o r re la tio nC a u s e : D a m p in g & F r ic t io n F ix : In c re a s e K( Ix 3 2 ) f irs tv f fF . E .F . E .T im eT im

29、eN e g a tiv e a c c / F E c o r re la t io n C a u s e : T o o m u c h a c c F FF ix : D e c re a s e K( Ix 3 5 )a ffM o d . v e l/F E & a c c / F E c o r r e la t io n C a u s e : In e r t ia l la g a n d fr ic t io nF ix : In c re a s e K( Ix 3 5 ) fir s ta ff40PMAC 自动调整PMAC 的auto-tuning PID自

30、动调整适用于从未使用过 PMAC Executive Auto-tuner的用户. 出于安全, 对新客户建议使电机空载，来熟悉自动调整功能. 一旦掌握之后可以带负载调整.自动调整根据电机的快速运动将计算电机的动态特性然后计算电机的 PID 增益.如果在需要的负载方式进行自动增益，电机不能发生剧烈运动，说明不能进行自动增益调整， 如果是这种情况你可以手动调整PID增益.41PMAC 自动调整步骤(1) 校正 DAC模拟量输出在自动调整使用DAC校正, 在 P1Setup有过程描述, 或者可以手动调整伺服放大器的电位计以保证DAC 输出为0% 时电机不运动(2) 选择 PID 自动调整的框.选择

31、“带宽自动选择”,确认选择“开始 PID自动调整”不选择按钮。度前馈和这将使PMAC选择一个保守的带宽值，比例增益和微分增益。42PMAC自动调整步骤 (续.)(3) 将自动调整产生的带宽值放大 2 或 3倍，输入带宽设置窗口.再选择阻尼比为0.7. 取消自动选择带宽，再点击开始PID Auto-tuning 按钮(4) 选择速度前馈,度前馈, 和软或硬增益（您的选择）再点击开始 PID Auto-tuning 按钮(5) 增加带宽,再点击开始 Autotuning按钮.不断增加带宽直到电机开始震荡, 然后降低带宽然后选择开始 PID Auto-tuning 按钮直到电机不再震荡.43坐标系一

32、个运动程序需要运行在一个坐标系下.根据运动需要运动的电机，将需要运动的电机组合在一个坐标系下需要学习:n PMAC轴的含义n 坐标系的定义n 如何定义坐标系44PMAC 轴的特性定义的轴: X,Y,Z,U,V,W,A,B,CX,Y,Z: 传统上的主要直线轴u 矩阵轴的定义u 矩阵轴的转换u 圆弧插补u 切削半径补偿45PMAC 轴的特性 (续)U,V,W: 传统上的第二直线轴u 矩阵轴的定义A,B,C: 传统的旋转轴(AX, BY, CZ)u 位置翻转 (Ix27)46坐标系定义坐标系定义如下，坐标系下的轴分配到该坐标系下&1 #1->X #2->Y #3->Z&am

33、p;2#4->20X #6->25.4Y47坐标系定义 (续)目的是组合电机在一个坐标系下 组合的电机将使许多电机运行一个运动程序.一些应用，如等高线，需要电机精确同步运动. 一个运动程序可以计算许多电机组合的运动轨迹，然后高精度的执行所需轨迹的运动.应用举例:中心,人, 龙门结构, X-Y 平台48定义坐标系 (续)将每个轴定义在不同的坐标系下 如果PMAC多个机床, 每个的运动需要一个运动程序. 对于此情况，你可以设置多个坐标系使一于其他的机床.个机床例如:包装线,人搬运, 主轴49多轴定义(&->坐标系; #->电机; X->轴)&1 #1-

34、>X&2 #2->X的.该定义是两个电机在不同的坐标系下定义为X轴的.该定义是&1 #1->X #2->X电机将同样作X-轴轨迹,象龙门机床50多轴定义 (续).该定义不&1 #1->X #1->Y一个电机不能在一个的运动轨迹.执行不同第一个轴的定义将被第二个轴的定义代&1 #1->X&2 #1->X.该定义不当运行两个，一个电机将接收不一致的指令.第二个坐标系的定义将被拒绝.51运动程序运动程序是指令坐标系的轴作和轮廓运动等.运动程序是多数PMAC卡应用的.需要学习:n 什么是运动程序n 如何写一个运动程序