高速振镜伺服驱动的PID加前馈控制

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1、万方数据第46卷第5期▲专机V01．46．N。．5』些塑二』望——————一一竺!!!!!!!!塑型：兰Q!兰高速振镜伺服驱动的PID加前馈控制王晓初1，朱照杨1，张国平2(1．广东工业大学机电工程学院，广州510005；2．深圳市大族电机科技有限公司，广东深圳518057)摘要：本文介绍了激光振镜扫描式打标系统的组成，针对振镜伺服扫描系统在传统PID控制方式下，系统动态特性、高速响应以及打标精度等性能的改善，在建立振镜系统数学模型的基础上，研究了PID加前馈控制的控制模型。通过仿真和实验，证明PID加前馈控制可以大大改善打标响应的快速性和精确性。关键词：激光打标；振镜；前馈；PID；打标

2、漂移中图分类号：TM359．9文献标志码：A文章编号：lOOt一6848(2013)05．0061．04High-speedGalvanometerServoDrivePID+FeedforwardControlWANGXiaochul，ZHUZhaoyan91，ZHANGGuopin92(1．FacultyofElectromechanicalEngineering，GuangdongUniversityofTechnology，仇呐“510006，China；2．ShenzhenHan’sMotorScienceandTechnologyCo．Ltd，ShenzhenGuangdong

3、518057，China)Abstract：Thisarticledescribedthecompositionoflasermarkinggalvanometerscanningsystem．Inconnec—tiontheimprovementoftheperformanceofthesystemdynamicperformance，high—speedresponseandaccu—racyofmarkinggalvanometerservoscanningsystemwithtraditionalPIDcontrolmethod，andbasedonestab—lishingthe

4、galvanometersystemmathematicalmodel，studiedthePID+feedforwardcontrolmodel．There—fore，itprovedthatthePID+feedforwardcontrolcouldgetetherapidresponseandaccuracythroughthesimulationandexperiment．Keywords：lasermarking；galvanometer；feedforward；PID；drifting0引言善这些性能指标。激光打标方式可分为三种：掩模式打标、阵列式打标和扫描式打标⋯。其中，振镜

5、扫描式打标系统主要由激光器、XY偏转镜、聚焦透镜、高速振镜系统、计算机等组成，它是将激光光束入射到两个反射镜上，利用计算机控制扫描反射镜。振镜扫描式打标具有应用范围广、可进行矢量打标和点阵打标、标记范围可调、响应速度快、打标速度和质量高、光路密封性能好、对环境适应性强等优点，具有广阔的应用前景，并被认为代表了未来激光打标机的发展方向。目前，很多振镜扫描系统都是使用传统的PID调节方式，并取得了较好的控制效果，但仍存在系统动态特性、高速响应以及打标精度等性能指标方面的一些问题，本文将采用PID+前馈控制，以改1振镜电机特性及模型振镜电机是一种特殊的摆动电机，其转子上通过机械纽簧的方法加有复位

6、力矩，大小与转子偏离平衡位置的角度成正比，当线圈通以一定的电流使转子发生偏转到一定的角度时，电磁力矩与复位力矩大小相等，故不能像普通电机一样旋转，只能偏转，且偏转角与电流成正比。振镜电机一般需符合低惯量、大转矩、宽频率特性等要求口1。振镜电机的主要技术参数有机械转角范围、负载转动惯量、转矩系数、线圈电阻、线圈电感、最大有效电流、峰值电流、小阶跃时间、动态跟随误差等。机械转角范围表征振镜扫描系统所能够达到的行程范围，其典型值一般为±150～4-200；一般光收稿日期：2013—03—12基金项目：高档数控机床与基础制造装备科技重大专项资助(2010ZX04010—042)作者简介：王晓初(1

7、964)，男，副教授，研究方向为微电子制造装备及自动化。朱照杨(1985)，男，硕士研究生，研究方向为电机驱动及控制。万方数据·62·▲弋知46卷斑越大则镜片越大，相应的为了提高镜片刚度，则镜片的厚度也会增加，所以镜片的惯量也会相应加大；电机转矩系数为单位电流能够产生的转矩，该参数表征电机本体的带负载能力，主要由电机的永磁体的特性决定。振镜电机为直流电机，其等效模型如图2所示。图l振镜直流电机等效模型电机转矩方程如下：T