1、前言

晶振用一種能把電能和機械能相互轉化的晶體在共振的狀態下工作，以提供穩定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內調整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。 晶振的作用是為系統提供基本的時鐘信號。通常一個系統共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調整頻率的方法保持同步。

音叉多線切割機是用于替代多刀切割機加工晶振啟振音叉的設備。音叉多線切割機相對多刀切割機優點:1、加工效率高10倍；2、耗材低；3、精度高，無需進行二次加工做研磨；4、經濟效益高，一次可切割上千個音叉。由于普通指令無法滿足現場需求，因此只有通過簡單邏輯指令開發高階PID算法。

2、系統控制框圖及說明

設備框圖及工藝要求如圖1。

圖1 設備框圖及工藝要求

音叉多線切割是一種通過金屬絲的高速往復運動，把磨料帶入半導體加工區域進行研磨，將晶體一次同時切割為數千片薄片的一種新型切割加工方法。因此該套設備的難點是收放線軸與主軸高速同步保持不斷線，并且保證恒定張力。高速同步保證是通過收放線張力伺服編碼器反饋輸出值與給定值差，通過高階PID算法調整收放線軸速度，從而保證恒定張力。

3、配置方案選型及程序

該設備一共有八顆伺服，因此控制器選用臺達10MC總線運動控制器，如圖2所示。

圖2 臺達10MC總線運動控制器

DVP10MC11T是臺達自主研發的基于CANopen現場總線的多軸運動控制器，它遵循CANopen DS301基本通訊協議和DSP402運動控制協議，同時還支持大部分國際組織所定義的運動控制標準指令庫，極大方便使用者快速入門，迅速的進行項目開發。

DVP10MC11T 是一個多功能控制器，其內部包含標準PLC 模塊和MC 運動控制模塊兩大功能模塊（如圖2）。PLC模塊與臺達其它DVP系列PLC功能相似，使用方法也相同，通過WPLSoft或ISPSoft 編程軟件，可以編寫梯形圖，順序功能圖，指令表等臺達標準的PLC 邏輯程序。PLC 模塊同時還支持左側和右側兩個擴展接口，左側為高速并行擴展口，可以連接Z多7臺現場總線主站模塊（DeviceNet，CANopen主站等）、以太網模塊及高速模擬量模塊等，右側用來連接原DVP-S系列PLC的擴展模塊（如低速模擬量及數字量模塊）。MC運動控制模塊主要通過CANopen總線，對伺服驅動器進行精密的控制，以完成用戶所期望的速度控制、位置控制等功能。MC 運動控制模塊采用CANopenBuilder 軟件進行運動控制編程，來實現各種復雜的運動控制任務，運動控制語言以圖形化的方式提供用戶編寫運動控制功能，使用簡潔，易于學習理解。
10MC控制器是CANopen總線控制器，臺達A2-M伺服支持CANopen通訊。與10MC控制器配套選用。配線大大簡化、控制更加精確，能夠滿足高端設備的應用需求。

4、設置各個軸的軸參數

 圖3 控制結構圖 

圖4 各軸伺服參數

5、數學模型建立

5.1 PID控制系統

連續一時間PID控制系統如圖所示。圖5中，D（s）為控制器。在PID控制系統中，D（s）完成PID控制規律，稱為PID控制器。PID控制器是一種線性控制器，用輸出量y（t）和給定量r（t）之間的誤差的時間函數e(t)=r(t)-y(t)。

圖5 PID控制

圖中的比例，積分，微分的線性組合，構成控制量u（t）稱為比例（Proportional），積分（Integrating），微分（Differentiation）控制，簡稱PID控制。

5.2 增量算法

當執行機構需要的不是控制量的絕對值，而是控制量的增量（例如去驅動步進電動機）時，需要用PID的“增量算法”。

圖6 PID增量控制

由位置算法求出：

兩式相減，得出控制量的增量算法式稱為增量式PID算法。

式中已看不出是PID的表達式了，也看不出P、I、D作用的直接關系，只表示了各次誤差量對控制作用的影響。從式中看出，數字增量式PID算法，只要貯存Z近的三個誤差采樣e（k）、e（k-1）、e（k-2）就足夠了。程序如圖7、圖8。

圖7 程序圖
 
圖8 程序圖

3、離散化增量式PID算法的數據監控

根據PID算法模型，高速運行時，收線放線伺服輸出偏差正負5轉以及張力擺動扭矩正負1牛。同時監視主軸、張力、放線伺服的波形如圖9、圖10和圖11。

圖11 放線伺服的波形圖

通過監視波形，在張力輪的角度發生偏差后，收放線速度能夠快速的進行改變，保持張力輪穩定在一個相對固定的位置。由此可知，離散增量式PID算法在這種快速響應的控制系統中是可行的。

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