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1、基于時間細(xì)分技術(shù)的高精度自動定位控制方法研究陳錫侯。等基于時間細(xì)分技術(shù)的高精度自動定位控制方法研究ResearchontheHighPrecisionAutomaticLocatingControlMethodBasedonTimeSubdivision陬錫侯障滿彭尊林鄭方蒸(重慶理工大學(xué)機(jī)械栓測技術(shù)與裝備教育部工程研究中心，重慶400054)摘要：針對采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行微步驅(qū)動時易出現(xiàn)“爬行”和步距角過大的現(xiàn)象，提出了一種基于時間細(xì)分技術(shù)的高精度自動定位控制方法，并研制了相應(yīng)的控制系統(tǒng)。該方法通過
2、在每個電機(jī)步距運(yùn)動時間內(nèi)對反饋元件進(jìn)行高頻采樣，實(shí)現(xiàn)了對步距的細(xì)分和對運(yùn)動的閉環(huán)控制。控制系統(tǒng)采用嵌入式微處理器和現(xiàn)場可編程邏輯陣列構(gòu)建，并與采用步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動滾珠絲桿的機(jī)械載物臺進(jìn)行聯(lián)機(jī)測試。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)可以控制步進(jìn)電機(jī)在不進(jìn)行高倍細(xì)分的條件下的精確定位，具有較高的應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：時間細(xì)分ARM現(xiàn)場可編程邏輯陣列自動定位步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制中圖分類號：TP273文獻(xiàn)標(biāo)志碼：AAbstract：Aimingatthephenomenonof“crawling”andlargestepangl
3、einmicro—stepdrivingbyusingstepmotor，thehighlypreciseautomaticlocatingcontrolmethodbasedontimesubdivisionisproposed-andcorrespondingcontrolsystemisstudiedanddeveloped．Withthismethod，forrelatedmovingtimeperiodofeachstepdistance-thefeedbackcomponentissa
4、mpledinhighfrequencytoimplementsubdivisionofstepdis—tanceandclosed—loopcontrolofmovement．Thecontrolsystemiscomposedofembeddedmicroprocessorandfieldprogrammablelogicgatearray(FPGA)；andjoiningwiththerollerscrewmachineryloaderthatdirectlydrivenbythestepm
5、otorforintegratedtest．Theresultoftestindicatesthatthesystemisabletocontrolstepmotorpreciselylocatingwithouthishdegreesubdivision，andfeatureshighapplicablevalue．Keywords：TimesubdivisionARMFieldprogrammablelogicgatearray(FPGA)AutomaticlocatingStepmotorC
6、losed-loopcontrol0引言以精密加工為代表的現(xiàn)代制造業(yè)己成為制造廠商在國際競爭中取得成功的關(guān)鍵因素，而精密定位系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)精密加工的首要條件¨o。工業(yè)領(lǐng)域?qū)ξ矬w的定位提出了越來越高的要求，如錫膏印刷機(jī)、自動光學(xué)檢測儀等均要求其定位精度在微米級舊刁o，甚至達(dá)到亞微米級或納米級。精密工作臺是實(shí)現(xiàn)精密定位的通用裝置，常用的精密工作臺有機(jī)械載物工作臺和壓電陶瓷驅(qū)動載物工作臺H。1。機(jī)械載物工作臺通常采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動滾珠絲桿、螺母副傳動，并采用光柵尺作為檢測元件，實(shí)現(xiàn)高精度定位，定位精
7、度一般可以達(dá)到4-5岬舊1，但定位速度比較慢。壓電陶瓷驅(qū)動載物工作臺首先利用伺服電機(jī)進(jìn)行“粗動”，然后利用壓電陶瓷進(jìn)行“微動”，可獲得納米級的定位精度。東南大學(xué)的米鳳文、戴旭涵等人研制出了行程為50113121、定位精度達(dá)到±0．1“m的定位控制系統(tǒng)¨-。這類產(chǎn)品價格昂貴、控制復(fù)雜。本文在低成本步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的機(jī)械載物工作臺的基礎(chǔ)上，通過時間細(xì)分技術(shù)實(shí)現(xiàn)精度為±1um的快速定位。1系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)1．1定位控制原理控制系統(tǒng)有開環(huán)和閉環(huán)兩種控制方式。受傳動機(jī)構(gòu)傳動精度的限制，采用開環(huán)控制和半閉環(huán)控制一般
8、很難實(shí)現(xiàn)高精度的定位。因此，本系統(tǒng)采用全閉環(huán)控制方式，以光柵尺作為測量反饋元件，從而實(shí)現(xiàn)工作臺的精確定位。根據(jù)經(jīng)典控制理論，閉環(huán)定位控制方法可分為單向逼近和雙向逼近兩種喁]，兩種控制陸線如圖1所示。(I)單向逼近(b)雙向逼近教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)基金資助項(xiàng)目(編號：210177)。圖1控制曲線示意圖修改稿收到日期：2010—07—05。Fig．1Schematicofcontrolcurves島押苧：：絮警篡要’警妻之：’竺2乞2：未憊芝黑由于本系統(tǒng)的定位精度要達(dá)到±l斗m，且雙
