定位控制(2)：浅谈位置跟踪误差

跟踪误差是指在同一时刻的位置设定值和实际值之间的差值S，通常是指每个位置环执行周期的位置设定值和实际值之间的差值，是检查“驱动+机械”系统的跟踪情况。

对于单轴定位来说，仅仅是检查和提醒，告知人们系统的运行状况，所以，跟踪通常对定位控制影响不是很大。

对于多轴需要同步的驱动系统来说，位置跟踪误差就非常重要，因为它会直接影响各轴之间的同步性，因此，经常需要把动态跟踪误差减小到某一数值以下，以确保各轴之间的同步性及系统跟踪情况良好。

本文重点讨论在做定位控制时，各跟踪误差的情况。通常会有三个与跟踪误差相关的数据：最大动态跟踪误差、静态位置窗口及位置到达窗口。通过对这些数据的分析，就能够判断位置控制的质量。下面以西门子驱动器SINAMICS S120为例进行分析，SINAMICS G120/V90也非常相似。对于其他厂家的系统来说，可能有些相关参数并未开放，但跟踪误差的原理应该很类似，也可供参考。

1. 最大动态跟踪误差：主要是对动态过程的跟踪情况的考量，是指物体在运动过程中，即加速、匀速、减速时，S值不能超过的数值，否则，会出现报警，如报F07452。动态跟踪误差的大小与速度前馈、位置环增益、速度值的大小等有很大关系，最大动态跟踪误差需要根据实际情况来设定。在没有速度前馈时，窗口会大一些。

2.静态位置窗口：主要是对静态过程的跟踪和稳定情况的考量，是指物体的设定位置已经到达，经过一段时间后，S值不能超过的窗口，否则，会出现报警，如报F07450。静态跟踪误差的大小与系统的跟踪及稳定性有直接的关系，与位置环的比例增益、速度前馈、及减速度等都有关系。尤其在用外接编码器作为实际位置反馈时，由于机械误差、机械连接、间隙等因素，更容易报F07450。根据实际情况，在低速时可以适当减小位置环增益和速度前馈系数，以达到静态稳定；或稍放大窗口，但不易太大，窗口过大，则不能反映系统的实际情况，而且会掩盖系统的稳定性比较差的现象。

3. 位置到达窗口：主要是对在系统进入静态过程后，对目标位置是否达到设定位置的考量，是指物体的设定位置已经到达，经过一段时间后，S值不能超过的窗口，否则，会出现报警F07451。此时表示目标位置已到达，同时发出位置到达信号。通常编程人员会根据该信号来判断目标位置已经到达，可以进行下一步的动作。该信号非常重要，如果系统不稳定，一直在振荡，该信号会经常丢失。同理，窗口的设定需要根据实际情况来定，在满足定位精度的前提下，可以适当放到窗口。

如果编码器受到外界干扰，其实际值一直在变动，也会引起跟踪误差的误报警或位置到达信号经常丢失。此时，除了消除编码器干扰外，也可以关掉系统的跟踪误差监控功能。在上位机自己编写程序，对位置实际值进行适当的滤波处理，对跟踪误差进行监控。

通过以上的分析得知，三个窗口需要根据实际需要来设定，除了跟位置环的增益、加/减速度、加加速度、速度前馈系数有关，还与位置编码器的安装位置以及分辨率有很大关系。在调试时，尽量做到加减速时，变化要相对均匀；在匀速时，相对稳定。一旦碰到类似报警，需要从多方面来找出原因，而不能仅仅靠放到窗口来掩盖问题。