专利名称：激光切割机多闭环反馈控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种闭环反馈控制系统，特别是一种激光切割机多闭环反馈控制系统，属于计算机数字控制应用领域。
背景技术：
在计算机数字控制领域，通常用闭环反馈控制技术来克服环境干扰、减少系统误差和提高控制精度。典型的闭环反馈系统由以下部件组成1)测量元件用于测量被控制的物理量，如电机旋转编码器等；幻给定元件用于给出期望的控制目标值；3)比较元件 用于比较测量元件检测的被控量实际值和给定元件给出的目标值，求出偏差；4)执行元件直接推动被控对象，如电机、液压马达等。其工作模式为给定元件向执行元件发出执行指令和目标值，执行元件据此作出动作；测量元件检测执行元件的动作结果，并将测量值反馈给比较元件；比较元件将目标值和测量值进行比较得出执行偏差，并将偏差值作为补偿修正值提供给系统，由系统驱动执行元件完成附加动作，以接近目标值，从而减少执行误差。以反馈信号的物理量特性来分，反馈环路分为电流环、速度环和位置环三种，这三种反馈方式分别影响系统的稳定性、快速性和准确性三个指标。在现有激光切割机的控制方案中，根据测量元件在整个系统中所处的位置，反馈控制方式分为半闭环和全闭环两种。半闭环方式是指作为测量元件的旋转编码器位于伺服电机的末端，测量信号为电机的旋转角度值，即在控制器、驱动器和电机之间形成闭环，而电机以外的机械传动部件如齿轮齿条结构丝杠螺母等不在闭环反馈之内，因此叫做半闭环反馈控制；全闭环方式是指作为测量元件的光栅尺编码器位于机械滑动头上，测量信号为滑动部件的最终运动位置值，除了包含了半闭环方式的所有部件，还把机械传动部件也包含在内，因此叫全闭环反馈控制，是一种位置环控制方式。半闭环反馈控制方式结构简单、造价低廉，但是由于测量信号不包含机械传动误差，因此准确性较低；基于位置环的全闭环反馈控制方式虽然可以满足准确性要求，但是只能对位置精度进行控制，不能对速度和电流(扭矩)进行控制，因此无法满足快速性和稳定性的要求。中国专利《一种数控激光切割机控制方法》(公开号CN1555956)，通过数控激光切割机的数控系统控制数控激光切割机、伺服放大器和伺服电机，但是只是针对于激光切割机的各种开关量进行控制，包括急停状态、开伺服或关伺服、程序继续或停止、设置激光频率、占空比、爬升时间等，并没有涉及各个运动轴的反馈控制策略；中国专利《一种激光切割机及其工作方法》(公开号CN101862909A)提供了一种激光切割机及其工作方法，采用了矢量控制原理对VX短、VX长和VY进行合成来对加工时的速率进行控制，只解决了快速性问题，并没有解决准确性和稳定性问题；美国专利《Laser cutting machine with two Y-axis drives))(US6835912B2)在重载运动方向上设置了两个驱动电机以提高快速性，但是没有涉及电机控制方式，以及是否能够解决准确性和稳定性的问题。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述技术缺点，提供了一种多闭环反馈控制系统。本系统将反馈控制技术中的电流环、速度环和位置环在激光切割机中进行组合配置，确保各轴运动具有稳定性、快速性和准确性的优点。为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案如图1所示，激光切割机各轴运动部件硬件组成为激光切割头1与X轴光栅尺编码器2固定在一起，X轴光栅尺3与X轴横梁4固定在一起，激光切割头1可移动的安装在 X轴横梁4上，激光切割头1在X轴横梁4上作直线运动时，X轴光栅尺编码器2在X轴光栅尺3上同步运动；激光切割头1的直线运动由X轴伺服电机10驱动实现，在X轴伺电机 10的末端装有X轴伺服电机编码器11 ；X轴横梁4与Y轴光栅尺编码器9固定在一起，可移动的连接在Y轴导轨5上，Y轴光栅尺8固定在Y轴导轨5，X轴横梁4及其上安装的所有部件(件1、2、3、9、10、11)可在Y轴导轨5上作直线运动，该运动由Y轴伺服电机7驱动实现；在Y轴伺电机7的末端装有Y轴伺服电机编码器6。如图2所示，激光切割机各轴控制部件与图1中各轴运动部件硬件的连接及控制方式为图1中的X轴伺电机10和Y轴伺电机7分别通过X轴伺服驱动器14和Y轴伺服驱动器17与多轴控制卡13相连组成电机驱动电路，图1中的X轴光栅尺编码器2和Y轴光栅尺编码器9分别与光栅尺数据采集卡18相连组成光栅尺检测电路；多轴控制卡13与光栅尺数据采集卡18安装在工业计算机12的PCI扩展槽中，组成闭环反馈控制的硬件部分。图中实线表示控制信号流向，虚线表示反馈信号流向。其中控制信号流的传递过程为 由工业计算机12发出控制信号并通过多轴控制卡13传递给X轴伺服驱动器14和Y轴伺服驱动器17，然后驱动X轴伺电机10和Y轴伺电机7实现旋转运动，该旋转运动通过X轴机械传动链15和Y轴机械传动链16将旋转运动转化为X轴的直线运动(即激光切割头1 在X轴横梁4上的运动)和Y轴的直线运动(即X轴横梁4及其上安装的所有部件1、2、3、 9、10、11在Y轴导轨上的运动)。反馈信号流的传递过程为安装在激光切割头1上的X轴光栅尺编码器2和安装在X轴横梁4上的Y轴光栅尺编码器9作为X轴机械传动链15和 Y轴机械传动链16的末端检测部件，检测X轴机械传动链15和Y轴机械传动链16的运动位置信号，并将此信号传递给光栅尺数据采集卡18，与工业计算机12组成位置闭环反馈电路；X轴伺服电机编码器11和Y轴伺服电机编码器6分别将X轴伺电机10和Y轴伺电机7 的旋转信号传递给X轴伺服驱动器14和Y轴伺服驱动器17，组成速度闭环反馈电路。如图3所示，激光切割机电流环反馈控制在X轴伺服驱动器14和Y轴伺服驱动器 17内部实现(图中虚线框所示)，其工作过程为电压偏差输入源19首先作为设定值输入到系统中，并开始控制X/Y轴伺服驱动器14或17为伺服电机15或16提供电流，使之产生旋转运动。同时，霍尔电流监测传感器25检测电机的驱动电流信号，该信号经过电流信号加法器20和电流信号反向加法器21的比较后得到偏差值，该偏差值在电流环反馈控制系统中经过PID运算后得到调理后的驱动电流，输出到电机驱动单元14/17中，确保稳定的驱动电流输送到电机中，形成恒定的驱动扭矩。如图4所示，激光切割机速度环反馈控制在X轴伺服驱动器14和Y轴伺服驱动器 17内部实现(图中加法器沈即为X轴伺服驱动器14和Y轴伺服驱动器17内实现反馈信号运算的元件)，其工作过程为速度信号设定值输入到X/Y轴伺服驱动器14或17为伺服电机15或16提供驱动力，X/Y轴伺服电机编码器6/11，同时检测伺服电机15/16的旋转速度值，并将该值反馈到速度信号加法器26中进行比较，比较的结果在X/Y轴伺服驱动器 14/17中进行PID运算，其结果作用到电机中，形成附加的速度调整，确保电机运转速度准确。如图5所示，激光切割机位置环反馈控制在多轴控制卡13中实现(图中位置指令控制器27，位置信号加法器观，位置控制器四即为多轴控制卡13中实现位置闭环反馈控制的元件)，其工作过程为位置指令控制器27发出位置信号设定值通过位置信号加法器观输入到位置控制器四中，并为X轴机械传动链15和Y轴机械传动链16提供驱动力， 分别与X轴机械传动链15和Y轴机械传动链16相连的X/Y轴光栅尺编码器3/8将检测到的X/Y轴运动位置信号反馈到位置信号加法器观中进行比较，比较的结果在位置控制器四中进行PID运算，其结果作用到电机中，形成附加的位置调整，确保整个传动链的位置精确。如上所述的电流环闭环反馈、速度环闭环反馈和位置环闭环反馈，可以按照不同的组合方式，形成激光切割机多闭环反馈控制系统。一种激光切割机多闭环反馈控制系统包括位置指令控制器(XT)、χ轴光栅尺编码器O)、Y轴光栅尺编码器(9)、X轴光栅尺(3)、Y轴光栅尺⑶、位置信号加法器08)、位置控制器( )、速度信号加法器06)、Y轴伺服电机编码器(6)、Χ轴伺服电机编码器(11)、 X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)、电流信号加法器(20)、霍尔电流监测传感器 (25)、电流控制器(30)、X轴伺服电机(10)、Y轴伺服电机(7)、X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)；各器件连接方式为位置指令控制器(Xi)和X轴光栅尺编码器⑵、Y轴光栅尺编码器(9)作为输入与位置信号加法器08)相连，位置信号加法器08)作为输入与位置控制器09)相连，位置控制器09)和Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11) 作为输入与速度信号加法器06)相连，速度信号加法器06)作为输入与X轴伺服驱动器
(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)和霍尔电流监测传感器05)作为输入与电流信号加法器OO)相连，电流信号加法器OO)作为输入与电流控制器(30)相连，电流控制器(30)作为输入与X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连作为控制器与X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)相连，X轴光栅尺(3)、Y轴光栅尺⑶安装在X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)上，并与X轴光栅尺编码器O)、Y轴光栅尺编码器(9)相连形成位置反馈回路，Y轴伺服电机编码器(6)、Χ轴伺服电机编码器(11)和X轴机械传动链
(15)、Y轴机械传动链(16)相连形成速度反馈回路，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器与霍尔电流监测传感器0 相连形成电流反馈回路。一种激光切割机多闭环反馈控制系统，包括速度信号加法器06)、Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11)、X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)、电流信号加法器(20)、霍尔电流监测传感器(25)、电流控制器(30)、X轴伺服电机(10)、Y轴伺服电机(7)、X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)；各器件连接方式为速度信号加法器06)作为输入与X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)和霍尔电流监测传感器 (25)作为输入与电流信号加法器00)相连，电流信号加法器00)作为输入与电流控制器 (30)相连，电流控制器(30)作为输入与X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连， X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连作为控制器与X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)相连，Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11)和X轴机械传动链(15)、Υ轴机械传动链(16)相连形成速度反馈回路，X轴伺服驱动器(14)、Υ轴伺服驱动器(17)与霍尔电流监测传感器0 相连形成电流反馈回路；一种激光切割机多闭环反馈控制系统，包括位置指令控制器07)、X轴光栅尺编码器O)、Y轴光栅尺编码器(9)、位置信号加法器( )、位置控制器09)、X轴伺服驱动器 (14)、Y轴伺服驱动器(17)、电流信号加法器(20)、霍尔电流监测传感器(25)、电流控制器 (30)、伺服电机(7、10)、X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)、X轴光栅尺(3)、Y轴光栅尺⑶；各器件连接方式为位置指令控制器07)和X轴光栅尺编码器( 、Y轴光栅尺编码器(9)作为输入与位置信号加法器08)相连，位置信号加法器08)作为输入与位置控制器09)相连，位置控制器09)和霍尔电流监测传感器0 作为输入与电流信号加法器相连，电流信号加法器OO)作为输入与电流控制器(30)相连，电流控制器(30)作为输入与X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Υ轴伺服驱动器(17)相连作为控制器与X轴机械传动链(1 、Υ轴机械传动链(16)相连，X轴光栅尺 (3)、Y轴光栅尺(8)安装在X轴机械传动链(1 、Y轴机械传动链(16)上，并与X轴光栅尺编码器O)、Y轴光栅尺编码器(9)相连形成位置反馈回路，X轴伺服驱动器(14)、Υ轴伺服驱动器(17)与霍尔电流监测传感器0 相连形成电流反馈回路。一种激光切割机多闭环反馈控制系统，包括位置指令控制器07)、X轴光栅尺编码器O)、γ轴光栅尺编码器(9)、位置信号加法器( )、位置控制器( )、速度信号加法器 (沈)、Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11)、X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)、伺服电机(7)和(10)及X轴机械传动链(1 、Y轴机械传动链(16)、X轴光栅尺(3)、Y轴光栅尺⑶；各器件连接方式为位置指令控制器(XT)和X轴光栅尺编码器( 、Y轴光栅尺编码器(9)作为输入与位置信号加法器08)相连，位置信号加法器08)作为输入与位置控制器09)相连，位置控制器09)和Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11) 作为输入与速度信号加法器06)相连，速度信号加法器06)作为输入与X轴伺服驱动器 (14)、Y轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Υ轴伺服驱动器(17)相连作为控制器与X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)相连，X轴光栅尺(3)、Y轴光栅尺⑶安装在X轴机械传动链(1 、Y轴机械传动链(16)上，并与X轴光栅尺编码器( 、Y轴光栅尺编码器(9)相连形成位置反馈回路，Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11) 和X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)相连形成速度反馈回路。
图1激光切割机各轴运动部件硬件组成示意图；图2激光切割机各轴运动控制示意7[0025]图3激光切割机电流环反馈控制示意图；图4激光切割机速度环反馈控制示意图；图5激光切割机位置环反馈控制示意图；图6电流环、速度环与位置环反馈组合控制示意图；图7电流环与速度环反馈组合控制示意图；图8电流环与位置环反馈组合控制示意图；图9速度环与位置环反馈组合控制示意图；图中1、激光切割头，2、X轴光栅尺编码器，3、X轴光栅尺，4、X轴横梁，5、Y轴导轨，6、Y轴伺服电机编码器，7、Y轴伺服电机，8、Y轴光栅尺，9、Y轴光栅尺编码器，10、X轴伺服电机，11、X轴伺服电机编码器，12、工业计算机，13、多轴控制卡，14、X轴伺服驱动器， 15、X轴机械传动链，16、Y轴机械传动链，17、Y轴伺服驱动器，18、光栅尺数据采集卡，19、 电压偏差输入源，20、电流信号加法器，21、电流信号反向加法器，22、PID调节器，23、TL494， Μ、设定电压源，25、霍尔电流监测传感器，沈、速度信号加法器，27、位置指令控制器，观、位置信号加法器，四、位置控制器，30、电流控制器。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实施例。实施例1 第一个实施例是电流环、速度环与位置环反馈组合控制，如图6所示。包括位置指令控制器(XT)、X轴光栅尺编码器( 、Y轴光栅尺编码器(9)、X轴光栅尺( 、Y轴光栅尺(8)、位置信号加法器08)、位置控制器09)、速度信号加法器06)、 Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11)、X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)、电流信号加法器(20)、霍尔电流监测传感器(25)、电流控制器(30)、X轴伺服电机 (10)、Y轴伺服电机⑵、X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)；各器件连接方式为位置指令控制器(XT)和X轴光栅尺编码器( 、Y轴光栅尺编码器(9)作为输入与位置信号加法器08)相连，位置信号加法器08)作为输入与位置控制器09)相连，位置控制器09)和Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11) 作为输入与速度信号加法器06)相连，速度信号加法器06)作为输入与X轴伺服驱动器
(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)和霍尔电流监测传感器05)作为输入与电流信号加法器OO)相连，电流信号加法器OO)作为输入与电流控制器(30)相连，电流控制器(30)作为输入与X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连作为控制器与X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)相连，X轴光栅尺(3)、Y轴光栅尺⑶安装在X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)上，并与X轴光栅尺编码器O)、Y轴光栅尺编码器(9)相连形成位置反馈回路，Y轴伺服电机编码器(6)、Χ轴伺服电机编码器(11)和X轴机械传动链
(15)、Y轴机械传动链(16)相连形成速度反馈回路，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)与霍尔电流监测传感器0 相连形成电流反馈回路；各反馈回路的工作方式为位置指令控制器07)提供外部脉冲作为位置环的输入；位置信号加法器08)接收来自X轴光栅尺编码器O)、Y轴光栅尺编码器(9)的位置反馈信号，并将该信号与位置指令控制器(XT)的输入信号进行比较，其差值在位置环的位置控制器09)中做PID调节的比例增益调节后输出，与位置指令控制器(XT)给定的X轴、Y轴目标位置的前馈信号合成后作为速度环的输入。将前述的位置环PID调节后的输出以及位置指令控制器(XT)给定的X轴、Y轴目标位置的前馈信号作为速度环的输入，在速度信号加法器06)中与来自Y轴伺服电机编码器(6)和X轴伺服电机编码器(11)的速度反馈值进行比较后的差值在速度环的X轴伺服驱动器(14)和Y轴伺服驱动器(17)中做PID调节中的比例增益、积分和微分处理，作为速度环输出；将速度环进行PID调节的比例、积分和微分调节后的输出值作为电流环的输入， 在电流信号加法器OO)中与电流环的霍尔电流监测传感器0 检测到的反馈值进行比较后的差值在电流环的电流控制器(30)中做PID调节，然后输出给电机。实施例2 第二个实施例是电流环与速度环的组合控制，如图7所示。包括速度信号加法器06)、Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11)、 X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)、电流信号加法器(20)、霍尔电流监测传感器 (25)、电流控制器(30)、X轴伺服电机(10)、Y轴伺服电机(7)、X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)。各器件连接方式为速度信号加法器06)作为输入与X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)和霍尔电流监测传感器 (25)作为输入与电流信号加法器OO)相连，电流信号加法器OO)作为输入与电流控制器 (30)相连，电流控制器(30)作为输入与X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连， X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连作为控制器与X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)相连，Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11)和X轴机械传动链(15)、Υ轴机械传动链(16)相连形成速度反馈回路，X轴伺服驱动器(14)、Υ轴伺服驱动器(17)与霍尔电流监测传感器0 相连形成电流反馈回路；各反馈回路的工作方式为将系统给定的速度设定值作为速度环的输入，在速度信号加法器06)中与来自Y 轴伺服电机编码器(6)和X轴伺服电机编码器(11)的速度反馈值进行比较后的差值在速度环的X轴伺服驱动器(14)和Y轴伺服驱动器(17)中做PID调节的比例增益和积分和微分处理，作为速度环输出；将速度环进行PID调节中的比例、积分和微分调节后的输出值作为电流环的输入，在电流信号加法器OO)中与电流环的霍尔电流监测传感器0 检测到的反馈值进行比较后的差值在电流环的电流控制器30中做PID调节，然后输出给伺服电机(7)和(10)。实施例3 第三个实施例是电流环与位置环的反馈组合控制，如图8所示。包括位置指令控制器(XT)、X轴光栅尺编码器( 、Y轴光栅尺编码器(9)、位置信号加法器( )、位置控制器09)、X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)、电流信号加法器(20)、霍尔电流监测传感器(25)、电流控制器(30)、伺服电机(7)和(10)、X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)、X轴光栅尺(3)、Y轴光栅尺⑶。各器件连接方式为位置指令控制器(XT)和X轴光栅尺编码器⑵、Y轴光栅尺编码器(9)作为输入与位置信号加法器08)相连，位置信号加法器08)作为输入与位置控制器09)相连，位置控制器09)和霍尔电流监测传感器0 作为输入与电流信号加法器 (20)相连，电流信号加法器OO)作为输入与电流控制器(30)相连，电流控制器(30)作为输入与X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Υ轴伺服驱动器(17)相连作为控制器与X轴机械传动链(1 、Υ轴机械传动链(16)相连，X轴光栅尺 (3)、Y轴光栅尺(8)安装在X轴机械传动链(1 、Y轴机械传动链(16)上，并与X轴光栅尺编码器O)、Y轴光栅尺编码器(9)相连形成位置反馈回路，X轴伺服驱动器(14)、Υ轴伺服驱动器(17)与霍尔电流监测传感器0 相连形成电流反馈回路；各反馈回路的工作方式为位置指令控制器(XT)提供的外部脉冲作为位置环的输入，与来自X轴光栅尺编码器(2)和Y轴光栅尺编码器(9)的位置反馈在位置信号加法器08)中进行比较，其差值在位置环的位置控制器09)中做PID调节的比例增益调节后输出，与位置给定的前馈信号合成后作为电流环的输入；将位置环PID调节后的输出以及位置指令控制器(XT)给定的X轴、Y轴目标位置的前馈信号作为电流环的输入，在电流信号加法器OO)中与电流环的霍尔电流监测传感器0 检测到的反馈值进行比较后的差值在电流环的电流控制器(30)中做PID调节，然后输出给电机。实施例4 第四个实施例是速度环与位置环的反馈组合控制，如图9所示。包括位置指令控制器(XT)、X轴光栅尺编码器⑵、Y轴光栅尺编码器(9)、位置信号加法器08)、位置控制器09)、速度信号加法器06)、Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11)、X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)、伺服电机(7)和(10)及 X轴机械传动链(1 、Y轴机械传动链(16)、X轴光栅尺( 、Y轴光栅尺(8)。各器件连接方式为位置指令控制器(XT)和X轴光栅尺编码器( 、Y轴光栅尺编码器(9)作为输入与位置信号加法器08)相连，位置信号加法器08)作为输入与位置控制器09)相连，位置控制器09)和Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11) 作为输入与速度信号加法器06)相连，速度信号加法器06)作为输入与X轴伺服驱动器 (14)、Y轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连作为控制器与X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链 (16)相连，X轴光栅尺(3)、Y轴光栅尺⑶安装在X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链 (16)上，并与X轴光栅尺编码器O)、Y轴光栅尺编码器(9)相连形成位置反馈回路，Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11)和X轴机械传动链(1 、Y轴机械传动链 (16)相连形成速度反馈回路；各反馈回路的工作方式为位置指令控制器(XT)提供的外部脉冲作为位置环的输入，与来自X轴光栅尺编码器(2)、Y轴光栅尺编码器(9)的位置反馈在位置信号加法器08)中进行比较，其差值在位置环的位置控制器09)中做PID调节后输出，与位置给定的前馈信号合成后作为速度环的输入； 将位置环PID调节后的输出以及位置指令控制器07)给定的X轴、Y轴目标位置的前馈信号作为速度环的输入，在速度信号加法器06)中与来自Y轴伺服电机编码器(6)、 X轴伺服电机编码器(11)的速度反馈值进行比较后的差值在速度环的伺服驱动器14/17中做PID调节，作为速度环输出直接驱动电机。
权利要求1.一种激光切割机多闭环反馈控制系统，其特征在于包括位置指令控制器07)、X轴光栅尺编码器O)、Y轴光栅尺编码器(9)、X轴光栅尺 (3)、￥轴光栅尺(8)、位置信号加法器08)、位置控制器09)、速度信号加法器06)、Y轴伺服电机编码器(6)、Χ轴伺服电机编码器(11)、Χ轴伺服驱动器(14)、Υ轴伺服驱动器(17)、 电流信号加法器(20)、霍尔电流监测传感器(25)、电流控制器(30)、X轴伺服电机(10)、Y 轴伺服电机(7)、X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)；各器件连接方式为位置指令控制器(XT)和X轴光栅尺编码器(幻3轴光栅尺编码器 (9)作为输入与位置信号加法器08)相连，位置信号加法器08)作为输入与位置控制器 (29)相连，位置控制器09)和Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11)作为输入与速度信号加法器06)相连，速度信号加法器06)作为输入与X轴伺服驱动器(14)、Y 轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)和霍尔电流监测传感器05)作为输入与电流信号加法器OO)相连，电流信号加法器OO)作为输入与电流控制器(30)相连，电流控制器(30)作为输入与X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连作为控制器与X轴机械传动链(15)、Y 轴机械传动链(16)相连，X轴光栅尺(3)、Y轴光栅尺⑶安装在X轴机械传动链(15)、Y 轴机械传动链(16)上，并与X轴光栅尺编码器O)、Υ轴光栅尺编码器(9)相连形成位置反馈回路，Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11)和X轴机械传动链(1 、Y轴机械传动链(16)相连形成速度反馈回路，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)与霍尔电流监测传感器0 相连形成电流反馈回路。
2.一种激光切割机多闭环反馈控制系统，其特征在于包括速度信号加法器06)、Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11)、X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)、电流信号加法器(20)、霍尔电流监测传感器(25)、 电流控制器(30)、X轴伺服电机(10)、Y轴伺服电机(7)、X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)；各器件连接方式为速度信号加法器06)作为输入与X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Υ轴伺服驱动器(17)和霍尔电流监测传感器05) 作为输入与电流信号加法器OO)相连，电流信号加法器OO)作为输入与电流控制器(30) 相连，电流控制器(30)作为输入与X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连作为控制器与X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)相连，Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11)和X轴机械传动链 (15)、Y轴机械传动链(16)相连形成速度反馈回路，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器 (17)与霍尔电流监测传感器0 相连形成电流反馈回路。
3.一种激光切割机多闭环反馈控制系统，其特征在于包括位置指令控制器07)、X轴光栅尺编码器O)、Y轴光栅尺编码器(9)、位置信号加法器( )、位置控制器09)、X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)、电流信号加法器 (20)、霍尔电流监测传感器(25)、电流控制器(30)、伺服电机(7、10)、X轴机械传动链(15)、 Y轴机械传动链(16)、X轴光栅尺(3)、Y轴光栅尺⑶；各器件连接方式为位置指令控制器(XT)和X轴光栅尺编码器(幻3轴光栅尺编码器 (9)作为输入与位置信号加法器08)相连，位置信号加法器08)作为输入与位置控制器(29)相连，位置控制器09)和霍尔电流监测传感器0 作为输入与电流信号加法器OO) 相连，电流信号加法器OO)作为输入与电流控制器(30)相连，电流控制器(30)作为输入与X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Υ轴伺服驱动器 (17)相连作为控制器与X轴机械传动链(15)、Υ轴机械传动链(16)相连，X轴光栅尺(3)、 Y轴光栅尺⑶安装在X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)上，并与X轴光栅尺编码器⑵、Y轴光栅尺编码器(9)相连形成位置反馈回路，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)与霍尔电流监测传感器0 相连形成电流反馈回路。
4. 一种激光切割机多闭环反馈控制系统，其特征在于包括位置指令控制器07)、X轴光栅尺编码器O)、Y轴光栅尺编码器(9)、位置信号加法器( )、位置控制器( )、速度信号加法器06)、Y轴伺服电机编码器(6)、Χ轴伺服电机编码器(11)、X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)、伺服电机(7、10)及X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)、X轴光栅尺(3)、Y轴光栅尺⑶；各器件连接方式为位置指令控制器(XT)和X轴光栅尺编码器(幻3轴光栅尺编码器 (9)作为输入与位置信号加法器08)相连，位置信号加法器08)作为输入与位置控制器 (29)相连，位置控制器09)和Y轴伺服电机编码器(6)、X轴伺服电机编码器(11)作为输入与速度信号加法器06)相连，速度信号加法器06)作为输入与X轴伺服驱动器(14)、Y 轴伺服驱动器(17)相连，X轴伺服驱动器(14)、Y轴伺服驱动器(17)相连作为控制器与X 轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)相连，X轴光栅尺(3)、Y轴光栅尺⑶安装在X 轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)上，并与X轴光栅尺编码器O)、Y轴光栅尺编码器(9)相连形成位置反馈回路，Y轴伺服电机编码器(6)、Χ轴伺服电机编码器(11)和X轴机械传动链(15)、Y轴机械传动链(16)相连形成速度反馈回路。
专利摘要一种激光切割机多闭环反馈控制系统，属于计算机数字控制应用领域。包括位置指令控制器、X轴光栅尺编码器、Y轴光栅尺编码器、X轴光栅尺、Y轴光栅尺、位置信号加法器、位置控制器、速度信号加法器、Y轴伺服电机编码器、X轴伺服电机编码器、X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、电流信号加法器、霍尔电流监测传感器、电流控制器、X轴伺服电机等，其形成电流环-速度环-位置环反馈控制系统、电流环-速度环反馈控制系统、速度环-位置环反馈控制系统或电流环位置环反馈控制系统等多闭环反馈系统。本实用新型提高伺服电机控制系统的稳定性、快速性和准确性，可以改善开环控制、半闭环控制以及单闭环控制系统的输出特性。
文档编号G05B19/18GK202058007SQ20102066840
公开日2011年11月30日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者张海波, 王智勇, 韩利生 申请人:山西飞虹激光科技有限公司