網路伺服系統線上自調控制技術之研究與應用

執行單位:國立交通大學電機與控制工程系電力電子與運動控制實驗室
委託單位:工研院‧機械工業研究所
研究期限:1999年7月1日 ~ 2000年11月30日

[建檔日期:1998/05/27][更新日期:1999/9/30] [資料編輯:徐怡雲]

計畫摘要 計畫目標 計畫簡介 研究成果


計畫摘要

本計畫擬採用一種串聯即時網路通訊協定SERCOS (Serial Real-time Communications System),建立以即時控制網路為基礎的多軸數位馬達驅動系統, 並發展網路式伺服驅動系統的線上自調適應控制技術。研究內容包含建立以個人電腦為監控中心的SERCOS多軸數位馬達驅動系統、 應用SERCOS進行多軸交流伺服馬達之位置、速度、與扭矩控制之研究、結合MATLAB發展具實用性的線上自調適應控制方法。 本計畫擬以工控電腦為基礎,藉由SERCOS通訊介面,完成多軸交流馬達的自調式適應伺服控制,發展適用於即時控制網路的自調式伺服控制法則, 並完成實驗測試與評估。


計畫目標

本計畫將發展以即時網路通訊為基礎的網路式運動控制與馬達驅動系統,發展重點如下:

 建立以SERCOS為基礎的數位式伺服驅動控制技術

發展以SERCOS為基礎的伺服系統適應控制技術

發展數位馬達控制的自調控制(auto-tuning control)方法

計畫簡介

近年來由於DSP、電力電子、與馬達控制技術的快速發展,數位馬達驅動已成為伺服技術發展的主流。 多軸馬達控制系統在自動化工廠中扮演著關鍵的角色,例如機器人、CNC、紡織機、印刷機、造紙機、抽紗機等等。 在晶圓製造工廠中,多軸運動控制系統也運用在多種製程設備如晶圓切割、點線機、Stepper等等。

隨著自動化生產技術的發展,多軸運動控制系統的應用也愈為廣泛。應用網路技術於多軸運動控制系統, 也成為近年來伺服驅動發展的趨勢。數位馬達驅動技術與分散式即時網路技術的結合,遂發展成為所謂的網路式伺服驅動系統。 一個通訊網路是否適用於多軸運動控制系統,必須考量是否具備下列條件:

  • 主從式的通訊架構
  • 週期式的資料傳輸(控制資料)
  • 選擇式的而非週期資料傳輸(偵錯資料)
  • 控制節點的同步控制
  • 傳輸週期介於0.5 msec與5 msec之間
  • 良好的雜訊免疫與隔離
  • 目前已有多種應用於生產自動化的工業網路,例如美國GM公司所發展的MAP、Field Bus、CAN Bus、ARCNET, 以及SERCOS。SERCOS是SErial Real-time COmmunication System的縮寫,由德國率先發展, 於1989年7月向國際標準組織(IEC)提出申請,並於1995年11月獲得通過成為IEC 1491國際標準。 SERCOS是一個以光纖為傳輸介質的週期式網路通訊協定,主要即針對自動化系統中的多軸運動控制系統而設計。 SERCOS不僅可適用於快速精密的多軸馬達協調控制,也明確的定義了伺服馬達位置、速度、與扭力控制命令的通訊協定, 因此可藉由SERCOS的通訊標準完成多個馬達的運動控制乃至伺服控制。

    SERCOS自1989年發展以來,已逐漸成為高速高精密多軸運動控制系統即時通訊網路的主流, 本計畫即是以SERCOS為基礎,發展以工業個人電腦(IPC)為基礎的交流馬達伺服控制技術。

    國內有關SERCOS網路伺服之研究尚少,目前僅知有交大電機與控制工程系唐佩忠教授於1992年 進行了利用SERCOS於兩軸運動控制之研究,但仍缺乏完整的實驗分析,研究著重於多軸馬達驅動系統位置命令的協調控制。 國外在SERCOS有關之研究進行的較早,且已有多家公司推出具有SERCOS通訊介面的產品, 但以SERCOS為通訊骨幹完成交流馬達伺服控制的研究則尚未看到。

    由於工控電腦的快速發展,採用工控電腦為控制核心,完成自動化機具的系統整合將成為未來的發展趨勢。 本計畫擬以工控電腦為基礎,藉由SERCOS通訊介面,完成多軸交流馬達的位置、速度與扭矩控制, 完成適用於SERCOS的控制架構與控制法則,並完成實驗之測試與分析。


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