多軸運動控制器基本原理 Motion Controller

控制器主要用於規劃及控制運動軌跡及作用力，具有多軸性及即時性之特點。根據CAD/CAM或人機介面軟體設計之軌跡曲線，經由控制器進行位置控制，再由驅動器進行馬達相關輸出，力矩及速度控制，以進行工作機構的運作。

(1)   輸入移動路徑控制點

(2)   計算移動曲線總長度

(3)   根據進給速度及加速度，規劃梯形加減速曲線

(4)   利用即時插值法輸出位置脈波或使用閉迴路控制

運動路徑產生器：根據CAD/CAE規劃之路徑，產生運動軌跡規劃，常用形式為直線、圓弧及連續圓滑，以幾何方程式及參數式描述。

速度曲線規劃：多軸同動各軸需使用相同的時間參數。根據規劃路徑進行點對點加減速規劃，常使用梯形速度曲線，運算速度較快，但速度轉折點之片段常數，則可能因非連續造成抖動，如使用S-curve 則能改善此問題，但運算速度較慢。

路徑插值：根據運動軌跡及加速度曲線規劃，產生運動過程的位置，時間函數為(x(λ(t)),y(λ(t))

位置脈波產生器：產生位置脈波DDA (Digital Differential Analyzer)，輸出至馬達進行控制。在固定時間內盡可能平均輸出脈波，算出在N個Tclock週期內平均輸出Nx (Ny)個X軸(Y軸)脈波=>Sum=Sum+Nx

位置控制器PID

閉迴路控制透過訊號回授之補償，盡可能讓輸出訊號與預期一致，不因外在因素影響而改變。補償分別以三個參數進行調整：比例、積分及微分。

Kp(比例)：加大能加快反應，較快到達目標值，但可能產生一個穩態誤差值無法超越。

Ki(積分)：加大可以降低穩態誤差值，但因階數提升可能導致穩定性降低。

Kd(微分)：加大可增加阻尼，使系統穩定但同時可能造成高頻被放大。