1．系统概述：
以工控机为核心，结合现有使用的控制系统及交流变频器和伺服电机的种类，针对焊接机器人用数控焊接变位机的控制问题，应用研华三轴运动控制卡pcl-832作为控制核心，建立了机器人用数控焊接变位机的高精度控制系统。 研究分析了焊接变位机的位置控制精度、速度和运动轨迹的控制过程，给出了负载变化和速度变化的位置控制结果，其结果满足与弧焊机器人配合使用的精度要求。

2．系统配置：
基于多轴运动控制卡的伺服控制系统硬件组成如图1所示：


系统包括：
1）pc总线工控机。选用基于ｐｃ总线的工控机ipc-610，该机拥有标准16位数据总线及组态灵活的板块化系统结构，可根据需要配置板卡。
2）三轴交流伺服运动控制卡。三轴交流伺服运动控制卡pcl-832集成了码盘计数器和12位的ｄ/ａ输出，使用数字微分分析技术dda(digital differential analysis)，实现了高精度位置控制。特殊设计的同步信号保证三轴的同步控制，可以完成三轴线性插补或两轴圆弧插补计算，1ms伺服控制更新，12位模拟量输出，满刻度为±10ｖ。能够实现精确位置控制，而且每轴都有其独立的位置控制芯片，可以实现三台交流伺服电机的完全独立控制。本文的数控焊接变位机系统仅使用了其中的两个通道。
3）开关量输入/输出板。开关量输入/输出板包括pcl-724和pcld-885。本系统选用的pcl- 724是数字i/o卡，24通道，实现内置plc功能。通过它与机器人通讯，驱动pcld-885继电器输出板实现继电输出功能，主要用于与外部焊接控制器、传感器的通讯、控制器面板指示灯开灭以及错误报警等。
4）伺服驱动装置、位置检测装置、执行机构和气缸定位装置。

3．控制系统设计
3.1 位置控制过程
1）数字微分分析(dda)
dda插补控制过程是pcl-832卡工作的核心，见图2。为了协调控制多轴伺服系统，各轴同时从t1时刻开始发送位置控制给定信号，同时在t2时刻结束给定信号的发送。t1与t2之间的时间区间定义为一个dda循环。循环时间由软件设定。


dda循环中的每一个脉冲代表伺服电机转动ｎ度，即代表一个位置给定。可以在软件中动态地设定每个dda循环中的脉冲数，每个dda循环中的脉冲总数就反映了在该循环中位置改变的总量。对交流变频器连续的脉冲输出，在宏观上表现为平稳的位置改变。将脉冲发往ｃｍｄ+或ｃｍｄ-通道决定了电机的转向，以上的所有工作均由卡上内置的运动ｄｓｐ芯片完成，仅需在一个dda循环开始前将位置信息写入运动控制芯片的缓冲区而已。
dda循环时间代表了控制脉冲序列的开始与结束时间段，为了保证多轴的协调控制，所有的轴使用了同一个dda循环时间。软件设定dda循环时间可由以下公式(1)计算：
dda循环时间=0.512ms×寄存器中预设置

(1)寄存器中的预设置可以通过向dda寄存器的地址中写入值的方法实现，由于dda寄存器是12位寄存器，因此写入的最大值为4095，而最小值规定为2。根据式(1)，可知dda循环时间的设置范围为1～2000ｍｓ。dda循环时间越短，则控制软件的实时性越好，但如果dda循环时间取得太小，其ｃｐｕ占用率太高，则其它实时控制模块无法正常运行，故各实时任务的执行频率应依据其优先级和最坏情况下的运行时间来选取。
2）位置闭环控制过程 pcl-832卡使用比例闭环控制获得可靠的控制效果。卡中内建了速度反馈环和偏移量机制来消除在输入很小时而产生的静态误差。图3为pcl- 832运动控制卡的功能模块示意图。


dda发生器通过ｃｍｄ+和ｃｍｄ-通道产生连续的给定脉冲。此控制脉冲与编码盘产生的反馈脉冲在比较器中进行比较，其结果送入比例控制器后，由比例控制器输出控制脉冲，控制脉冲送入误差计数器，误差计数器实时驱动ｄ/ａ转换单元，完成闭环位置控制。当dda循环发生器被软件激活后，在下一个dda循环开始的上升沿，pcl-832将产生一个中断，在中断程序中，将dda脉冲缓冲区中的预设值ｎ送入dda发生器。数目为ｎ个脉冲的脉冲序列将在下一个dda循环中产生。在控制软件中，必须在当前dda循环完成前，将预设值送入dda脉冲缓冲区，否则在下一个dda循环中将没有脉冲输出。
dda发生器产生的脉冲与反馈的码盘脉冲经比较器比较后送入误差计数器。根据转动方向的不同，误差计数器的输出上升或下降，由于误差计数器直接驱动ｄ/ａ输出，因此ｄ/ａ的输出随误差计数器的输出变化而变化，使变频器驱动电机做出相应的响应。当整个控制过程完成后，误差计数器的值应该为零。在非正