高精度激光直写数字伺服滤波器的设计
3 MATLAB设计与仿真
3．1 仿真模块设计
根据设计原理，图l中的偏差计数模块就等效为带前馈补偿的PID控制器，并设计成图2中所对应的部分，并且将D／A转换器等效设计成离散的数据通过零阶保持器；将安川伺服驱动器等效速度环和电流环；输出的信号采用0805电感仿真示波器进行观察。因此整个伺服三环PID仿真原理如图3所示。
其中，rin(k)为采样K时刻的位置输入信号，为了能模拟实际的效果，将输入的rin(k)设置为不规则的位置信号，此时输入指令为正弦叠加信号；drin(k)为采样K时刻的速度输入信号；dd模压电感rin(k)为采样K时刻的加速度输入信号，并且drin(k+1)=(rin(k+1)-rin(k))／ts，ddrin(k+1)=(drin(k+1)-drin(k))／ts。
3．2 仿真波形
对于高精度的激光直写，衡量其性能主要取决于速度的稳定、响应度和位置的精确。因此在图3的仿真中，要根据实际情况，多次调节控制系统参数，并经过分析和对比，从电感器厂家中得到一幅速度稳定、位置精确的跟踪图，其仿真波形如图4所示。
图4(a)为速度跟踪结果，设置的速度和实际的速度重合，速度稳定，稳定控制在0．1％内。在0时刻附近出现了速度突然的“跳跃”，是由于没有调节积分限。因此在实际情况中应先把积分限(饱和控制器)设置为O，Ki设定为期望值，再设置积分限到期望的积分限。
图4(b)为位置跟踪结果，输出的实际位置和设置的目标位工字电感器置重合。位置定位精确高，精度控制在0．1％内。
仿真结果表明在带有摩擦条件下，位置跟踪没有存在“平顶”现象，速度跟踪没有存在“死区&rdqu扁平型电感o;现象。位置跟踪定位精度高，速度跟踪稳态精度高。
4 软件实现
伺服单元模块由伺服驱动器设计，其参数调节可以在伺服驱动器中设置，详细参考驱动器用户手册。PID数字滤波器+前馈复合控制系统由DSP2812实现。操作流程为：先将PID复合仿真模块的MATLAB语言生成CCS中的C语言，然后移植到CCS软件中，并根据PID控制算式原理结合软件设计流程进行修改。
5 结论
介绍了伺服控制系统结构，针对系统中存在的摩擦环节和实际要求进行分析，然后结合根据控制原理，设计了伺服PID数字滤波器。通过MATLAB仿真验证该数字滤波器速度稳定；位置跟踪误差收敛于零。并从中得到了关于调节控制参数的经验。最终的实际结果表明，整个系统输入与输出时差小于100 Ls；无噪音无振荡；定位精度误差控制±1μm范围内。
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