步進控制及其於工具機路徑之應用

Abstract

本論文首先在研究一種預測性的最佳控制，謂之步進控制，使得控制系統 具有快速且準確的響應。本研究之控制律相當簡潔，毋須如一般最佳控制 之複雜計算，非常適合實務應用。依據系統規格要求，最佳抽樣時間及加 權因數可以系統性地設計。此外，利用步進控制能夠調和不同系統動態特 性及降低系統參數變化影響之特點及於實務應用時，系統解析度與動態特 性分離設計的優點，本研究將步進控制於電腦數值控制工具機之應用作進 一步之研究探討。在電腦數值控制工具機之應用，首先研究單軸運動控制 。依據系統絕對及相對穩定度要求，將步進控制之設計整理出一系列的設 計圖及設計步驟。在應用時只需依設計步驟，利用設計圖即可輕易地完成 設計。對於多軸路徑控制系統，是基於步進控制於單軸運動控制應用結果 ，利用交叉耦合控制架構。各軸使用步進控制為其控制器，使得各軸動態 特性非常相近。此外，本論文對於路徑誤差之計算方法進一步研究，在無 任何近似的情況下，研究出包括直線及圓弧運動之路徑誤差計算方法，使 其能納入控制系統分析、設計。如此整個多軸路徑控制系統得以完整地分 析、進而設計。其中在圓弧運動時，整個系統是一個多變數、時變控制系 統，但利用本論文所研究的方法，此一複雜系統可完整地分析設計。所有 研究結果，除了電腦模擬之外，亦以一電腦數值控制放電加工機進行實務 驗證。在實驗中控制器是由 Intel 80486及 80188共同組合而成。電腦模 擬及實驗結果均驗證本論文的研究結果能有效地提高控制性能。