精密激光切割机的全闭环PID调试步骤

SAICut 激光切割系统是深圳市千里智能控制科技有限公司研发设计，现在已大量用于蓝宝石玻璃切割、全面屏切割、SMT激光钢网切割/微孔、陶瓷切割/打孔、手机膜切割精密加工等激光切割机上，对于精度、轨迹可达微米级，必须得用全闭环控制。本文就来讲讲在这个系统中的如何调试运动控制器和直线电机驱动器。

激光切割系统的构成

SAICut激光切割系统主要由X/Y/Z三轴组成，切割机主要配置清单如表1所示。

表1SAICut激光切割系统构成

控制器-驱动器接线

在给机台供电之前，请电气工程师确认所有的接线正确，无短路情况，重点检查控制器与驱动器之间接线，定义如表2所示。

表2控制器与驱动器接线表

准备控制器调试软件MccEnv

确认以上无误后，给运驱动器、动控制器上电，连接控制器与调试工控机的网线，步骤如下：

1、设置调试工控机的IP地址为：192.6.6.20（控制器的IP默认为192.6.6.6，所以在192.6.6.X网段内除了6以外的也可），子网掩码为：255.255.255.0；

2、将MccEnv软件安装包复制到工控机上，安装MccEnv；

3、打开MccEnv调试终端，下载以前备份的cfg文件，如图6所示。

请参考《MccEnv软件使用手册》，如有备份好参数直接下载，则请跳过参数设置。

如无备份好参数，则可以手动命令条内设置以下关于电机基本参数（根据实际使用情况设定）：可以用电机-电机设置界面来设置，也可以手动输入命令设置。如图7所示。

图6安装控制器调试软件MccEnv

图7电机设置界面

设置高创驱动器

设置X/Y驱动器控制模式为：模拟电流模式-3；

根据电机最大峰值电流来设置对应电压电流比例，如峰值电流为18A，则CurrentScaling<=最大峰值电流/控制器给出最大电压=18/10=1.8。

其余反馈等均由供应商设置好，无需修改。

设置好后，点击Config，再点击Save即可。

图8设置高创驱动器

将限位、电机运动、编码器计数方向调至一致

图9确认限位、电机运动、编码器计数方向一致

确认每个轴的限位信号（图10）

用挡片挡住光电开关，正确的信号，则对应的正负限位标志会变红；如果不挡住就是红色的，挡住后是灰色的，则改变ix26值即可正常，如i126、i226为0，则设置i126=1，i226=1，sav（保存）。

如果挡与不挡都无变化，请检查信号线，确认光电开关是PNP或者NPN，相应的控制器限位COM脚接24V或者0V。

图10确认每个轴的限位信号

2、确认编码器信号及方向（图11）

图11确认编码器信号及方向

手动推每个轴，确认编码器的数字的正负，先将编码器值置为0

命令为：#1hmz，#2hmz，#3hmz……

如往正限位推，编码器值为正，值在不断的增大；

如往负限位推，编码器值为负，值在不断的减小；

如果数值方向相反，则改i70x0值，即可变编码器计数方向；

如，1#、#2轴，i7010、i7020为0，则改为i7010=1、i7020=1。

3、确认电机运转方向（图12）

图12确认电机运转方向

方向正确是：则在命令窗口给定正电压，电机往正限位方向移动；

则在命令窗口给定负电压，电机往负限位方向移动；

注意：先给0.2V小电压，不动后，则慢慢的加，否则有飞车的危险！

如：#1o0.3，#2o0.5，即给1#轴0.3V电压，给2#轴0.5V电压，电机往正限位移动；

#1o-0.3，#2o-0.5，即给1#轴-0.3V电压，给2#轴-0.5V电压，电机往负限位移动；

以上确认ok，则在方向确认完毕，即可进行下一步调试。

模拟量全闭环控制的PID调机

打开MCCENV，作图-Plot作图（图13），首先要设置合适的PID参数，让它能Jog移动起来，才能下一步调机曲线。

图13打开MCCENV作图

P（ix30），D(ix31)是最优，最简控制(蓝色的先调整)，其它参数完全清0（红色部分设置为0），先调整后P，D和速度前馈参数（注：同时保证ix32和D相等，电流模式下），最后调整I（ix33）；

图14PID参数设置

P先从小不断增加，同时保证D等于10*P，直到机器出现”吱吱”声音，然后再把P下调20%，再调整D；

不断增加D(同时保证ix32和D相等)，直到机器出现震荡，然后再把D值，下调20%；

慢慢增加I值，I值不宜过大，适合为止；

一般情况P，I是一个数量级，D要大于P的10倍。

图15PID调试界面

图16PID调试界面

如果曲线偏差很大，调整PID参数，重复一键测试，直到达到要求为止。

PID基本知识

比例控制(P)：控制器的输出与输入偏差值成比例关系。系统一旦出现偏差，比例调节立即产生调节作用，以减少偏差。其特点包括：

1、过程简单快速，比例作用大，可以加快调节，减少误差；

2、比例作用过大，使系统稳定性下降，造成不稳定；

3、有余差存在。

图17比例控制(P)图

积分调节(I)：消除系统余差，提高无差度。只要有余差存在，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，特点是：

1、调节器的输出不仅取决于偏差的大小，而且更主要的是取决于偏差存在的时间；

2、积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强；

3、与比例调节相比，积分调节使调节过程缓慢，波动加大，系统稳定性下降。

图18积分调节(I)图

微分（D）控制：控制器的输出与输入误差信号的微分成正比关系（即与偏差的变化速度成正比），特点有：

消除系统滞后；

超前调节；

易引起系统振荡。

比例、积分、微分PID调节小结

1、比例调节根据“偏差大小”来动作，输出与输入偏差的大小成比例，调节及时、有力，但有余差；比例度越小，调节作用越强，太强时会引起振荡；

2、积分调节根据“偏差是否存在”来动作，输出与偏差对时间的积分成比例，其实质是消除余差。积分使最大动偏差增大，延长了调节时间；积分时间越小，积分作用越强，太强时易引起振荡；

3、微分调节根据“偏差变化速度”来动作，输出与偏差变化的速度成比例，有超前调节作用，对滞后大的系统调节效果好。可减少调节过程的动偏差，缩短调节时间；微分时间越大，作用越强，太强时易引起振荡；

4、程序编号：222为控制器内的一个5mm圆的程序，G代码如下：

openprog222

G01x0y0

gatgat

G02x0y0i-5j0

endgat

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