ACS双闭环控制应用

ACS控制器双闭环控制应用ACS Dual Loop Control Application

编写：徐新阳/应用支持/ACS China

目录

1综述 (1)

1.1双闭环的理论基础 (1)

1.2 ACSPL+变量 (2)

1.2.1 MFLAGS (2)

1.2.2 SLVRAT (2)

1.2.3 SLVKP (2)

1.2.4 XVEL (2)

1.2.5 EFAC (3)

1.2.6 FACC (3)

1.2.7 Routing 变量 (3)

2 配置双闭环控制的步骤 (5)

2.1 AXIS Setup (6)

2.2 负载端设置 (8)

3 双闭环限位问题 (11)

4 结论 (11)

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1综述

双闭环控制一般应用在电机和负载之间存在刚性较差的系统中，如图1所示的带传动系统。对于此类应用双闭环系统能有效克服单闭环系统的缺点，如降低刚性差和反向间隙带来的动态性能下降。

图1 双闭环系统

本文档将结合ACS 独有SPiiPlus MMI 调试工具介绍双闭环控制系统的实现步骤。

1.1双闭环的理论基础

在ACS 运动控制产品中实现轴的双闭环控制是非常方便的，用户只需把不同的编码器反馈通道或者模拟量输入分配给轴即可，但是轴和这些通道必须隶属于同一个伺服处理芯片（一般一个伺服处理芯片最多支持四个轴）。

轴的双闭环控制是基于至少两路反馈通道的：

⏹ 负载位置反馈—用作位置环的输入

⏹ 电机位置反馈—用作速度环及电机换向的输入

下图2为一个典型双闭环控制的框图

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图2 双闭环控制系统框图

1.2 ACSPL+变量

以下的ACSPL+变量将应用在双闭环控制中：

1.2.1 MFLAGS

MFLAGS 是一个整数类型的一维数组，每一个元素对应系统里的每一个轴，元素有一系列的状态位组成，用来配置电机。

为了把系统设置为双闭环控制，相关轴的MFLAGS 的位20

（#DUALLOOP ）需要被置1， 例如MFLAGS(0).#DUALLOOP =1，设置0轴为双闭环控制，此时二阶滤波器从速度环移至位置环中。

1.2.2 SLVRAT

SLVRAT 是一个实数类型的一维数组，每一个元素对应系统里的每一个轴，用来定义位置环反馈和速度环反馈之间的减速比：

SLVRAT= position resolution / velocity resolution

1.2.3 SLVKP

SLVKP 是一个实数类型的一维数组，每一个元素对应系统里的每一个轴，用来给特定轴的速度增加一个比例系数。

1.2.4 XVEL

XVEL 是一个实数类型的一维数组，每一个元素对应系统里的每一个轴，用来定义轴的最大允许速度。

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XVEL 会导致速度环比例增益SLVKP 的有效值发生变化：

在双闭环中，SLVKP 有效值计算如下：

如果XVEL[load feedback counts/sec] > 221时，实际增益是减小的，详见稍后的公式，其他情况实际增益是增加的。

1.2.5 EFAC

EFAC 是一个实数类型的一维数组，每一个元素对应系统里的每一个轴，用来定义在原始编码器反馈的count 值和控制器计算的变量值FPOS 之间的因子。

格式如：EFAC (axis_index) = value (value 范围1-15….1+15默认值为1)

1.2.6 FACC

FACC 是一个实数类型的一维数组，每一个元素对应系统里的每一个

轴，用来定义轴的加速度反馈值。

1.2.7 Routing 变量

SLPROUT

SLPROUT 是一个实数类型的一维数组，每一个元素对应系统里的每一个轴，用来设置对应轴的位置环反馈通道。

格式如：SLPROUT (axis_index) = value

Value 指定反馈来源如表1

当为默认值0时，控制器支持标准的闭环控制配置，即FPOS(0)为0编码器反馈，FPOS(1)为1编码器反馈等等。当SLPROUT ≠0时，表明FPOS 是来源于其他编码器。例如SLPROUT(0)=104，表示FPOS 来源于模拟量输入0而不是编码器，此时反馈可能是电位计或者其他能够输出模拟量表征电机位置的器件。

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表1 ：SLPROUT 分配数值

SLVROUT

SLVROUT 是一个实数类型的一维数组，每一个元素对应系统里的每一个轴，用来设置对应轴的速度环反馈通道。

格式如：SLVROUT (axis_index) = value

SLCROUT

SLCROUT 是一个实数类型的一维数组，每一个元素对应系统里的每一个轴，用来设置对应轴的速度换向反馈通道。

格式如：SLCROUT (axis_index) = value

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SLVROUT 和SLCROUT 的格式如同表1，具体赋值内容参见ACS 软件手册文档，这里不再详述。

2 配置双闭环控制的步骤

步骤分为两部分：

⏹ 电机轴端设置

此时的轴是与电机有物理连接的轴号。

⏹ 负载端设置

此时负载轴号表示负载反馈通道。

通常电机轴号可以与实际电机编码器反馈通道不一样，但是本文假定电机编码器反馈通道和电机轴号一致，并且两个反馈通道都使用负载用户单位而不是count 。在这种情况下，双闭环的设置是简单的，改动较少的。

为了能够更好介绍双闭环的步骤，系统配置示例如下：

⏹ 丝杠驱动直线平台

直线式编码器反馈平台位置，电机旋转编码器反馈速度及换向。

⏹ 用户单位：mm

⏹ 电机连接在axis 0

⏹ 电机反馈编码器连接在axis 0，旋转正交编码器，分辨率

2000lines/revolution

⏹ 负载反馈连接在axis 1，直线正交编码器，分辨率12500lines/mm

⏹ 两个反馈内部分频倍数都为4

⏹ 丝杠导程：25.4mm/revolution