X-Y平台之及時運動控制系統

Design and Implementation of the Real-Time Motion Control Systems on An X-Y Table

(95 吳信成)

摘要

X-Y雙軸運動控制平台系統是一個被廣泛用於工業上的伺服機構,整個系統主要分為機械結構、直流馬達致動器、感測器和控制器部分。機械結構包括有滾珠導螺桿、U型線性滑軌組、線性軸承及可撓性連軸器等;致動器是採用永磁式直流馬達(permanent magnetic direct current motor);感測器是使用光學式旋轉型編碼器(optical rotary encoder)來量測馬達旋轉的角度;控制器則是以個人電腦為控制核心,搭配運動控制軸卡(EPCIO-6000)所組成。
本系統的控制目的為控制X-Y雙軸運動控制平台做精密的定位控制,而其中所使用的軌跡追蹤控制器為PID控制器,並配合速度前 饋補償器的使用來降低時間延遲效應,由於運動控制平台會因各軸間的動態特性不同而使得輪廓誤差變大,因此,本系統中亦加入了交叉耦合控制器以降低輪廓誤差。以上之線性控制器固然有高的頻寬及穩定性,但仍無法完全地消除因摩擦力所造成的非線性Stick-Slip現象,為了消除此非線性現象,建立了摩擦力模型,並根據此摩擦力模型做摩擦力的前饋補償,使得系統能夠更精準地做定位控制的動作 。
X-Y平台之即時運動控制系統架構圖
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X-Y平台之即時運動控制系統實體圖
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