第五章 應用於 CNC 機台上的實驗結果
5.4 實驗結果分析
綜和前面的實驗結果，將各種不同控制器於CNC 工具機空載的實驗數據 歸納在表 5-1 中，其真圓度偏差量與輪廓誤差有效值的長條圖分別如圖 5-54 與圖 5-55；另外加載實驗數據歸納在表 5-2 中，其真圓度偏差量與輪廓誤差 有效值的長條圖分別如圖 5-56 與圖 5-57；增加循圓速度之有無載實驗數據 歸納在表 5-3 中。最後將有無負載且不同速度下之結果表現於圖 5-58~圖 5-65。由這些結果可以歸納為以下幾點：
1. 非線性摩擦力補償器可有效地降低各轉角的輪廓誤差，表示非線性摩 擦力補償器對於摩擦力的抑制有相當好的效果。特別是 DOB+NFC 的 改善特別顯著。
2. 擾動觀測器使系統的反應變快，減少低頻的抖動，這也表示擾動觀測 器將這些低頻的抖動當成為 modeling error 補償掉。
3. 放大位置 P 增益，可降低 XY 軸的追跡誤差平均值與輪廓誤差平均 值；放大速度 PI 增益，可些微降低最大與最小輪廓誤差的相差值和 輪廓誤差平均值。
4. 當循圓速度較低時，加載對於輪廓誤差的影響並不顯著，但是，當循 圓速度加快後，在 PI 控制的架構下，真圓度偏差量明顯地因加載而 增加。最後本文提出的 Auto-tuning+DOB+NFC 架構下，無論有無負 載，其輪廓誤差皆能維持相同的水準。
5. 具有擾動觀測器的架構，不論有無負載，其輪廓誤差的表現幾乎相 近，這表示擾動觀測器可以將性能強制鎖住，增加系統的重現性。
表 5-1 不同控制器於 CNC 工具機空載之實驗數據(1200 mm/min) X-axis
Tracking error (RMS mm)
Y-axis Tracking
error (RMS mm)
Maximum contouring
error ( mμ )
Minimum contouring
error ( mμ )
Contouring error (RMS μm) PI 0.139 0.139 3.769 -9.558 2.209 +NFC 0.139 0.139 4.756 -3.286 2.001 +DOB 0.139 0.139 2.450 -13.783 2.475 +DOB+NFC 0.139 0.139 2.934 -0.154 1.939
Auto-tuning
+DOB+NFC 0.069 0.069 1.548 -0.456 0.521
1 2 3 4 5
0 5 10 15 20
Controller
Max-Min contouring error (um) 1. PI
2. +NFC 3. +DOB 4. +DOB+NFC
5. Auto-tuning+DOB+NFC
圖 5-54 不同控制器於 CNC 工具機空載之真圓度偏差量比較圖
1 2 3 4 5
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Controller
RMS contouring error (um) 1. PI
2. +NFC 3. +DOB 4. +DOB+NFC
5. Auto-tuning+DOB+NFC
圖 5-55 不同控制器於 CNC 工具機空載之輪廓誤差有效值比較圖
表 5-2 不同控制器於 CNC 工具機加載之實驗數據(1200 mm/min) X-axis
Tracking error (RMS mm)
Y-axis Tracking
error (RMS mm)
Maximum contouring
error ( mμ )
Minimum contouring
error ( mμ )
Contouring error (RMS μm)
PI 0.139 0.139 3.553 -10.051 2.254 +NFC 0.139 0.139 4.848 -3.219 2.017 +DOB 0.139 0.139 2.782 -13.797 2.478 +DOB+NFC 0.139 0.139 2.997 -0.254 1.944
Auto-tuning
+DOB+NFC 0.069 0.069 1.451 -0.324 0.520
1 2 3 4 5
0 5 10 15 20
Controller
Max-Min contouring error (um) 1. PI
2. +NFC 3. +DOB 4. +DOB+NFC
5. Auto-tuning+DOB+NFC
圖 5-56 不同控制器於 CNC 工具機加載之真圓度偏差量比較圖
1 2 3 4 5
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Controller
RMS contouring error (um) 1. PI
2. +NFC 3. +DOB 4. +DOB+NFC
5. Auto-tuning+DOB+NFC
圖 5-57 不同控制器於 CNC 工具機加載之輪廓誤差有效值比較圖
表 5-3 增加循圓速度於 CNC 工具機有無載之實驗數據(2400 mm/min) X-axis
Tracking error (RMS mm)
Y-axis Tracking
error (RMS mm)
Maximum contouring
error ( mμ )
Minimum contouring
error ( mμ )
Contouring error (RMSμm)
PI 0.277 0.277 9.343 -4.674 7.29
(Kpp =4) Auto-tuning +DOB+NFC
0.139 0.139 2.975 1.009 2.094 空
載
(Kpp =8) Auto-tuning +DOB+NFC
0.069 0.069 1.330 -0.366 0.573
PI 0.277 0.277 10.092 -7.997 7.434
(Kpp =4) Auto-tuning +DOB+NFC
0.139 0.139 2.977 0.995 2.094 加
載
(Kpp =8) Auto-tuning +DOB+NFC
0.069 0.069 1.338 -0.274 0.572
PI Auto-tuning+DOB+NFC 0
5 10 15 20
Max-Min contouring error (um) Feed rate : 1200mm/min Feed rate : 2400mm/min
圖 5-58 CNC 工具機空載於高低速之真圓度偏差量比較圖
PI Auto-tuning+DOB+NFC 0
2 4 6 8
RMS contouring error (um) Feed rate : 1200mm/min
Feed rate : 2400mm/min
圖 5-59 CNC 工具機空載於高低速之輪廓誤差有效值比較圖
PI Auto-tuning+DOB+NFC 0
5 10 15 20
Max-Min contouring error (um) Feed rate : 1200mm/min Feed rate : 2400mm/min
圖 5-60 CNC 工具機加載於高低速之真圓度偏差量比較圖
PI Auto-tuning+DOB+NFC 0
2 4 6 8
RMS contouring error (um) Feed rate : 1200mm/min
Feed rate : 2400mm/min
圖 5-61 CNC 工具機加載於高低速之輪廓誤差有效值比較圖
PI Auto-tuning+DOB+NFC 0
5 10 15 20
Max-Min contouring error (um) CNC machine : No load CNC machine : 16 Kg load
圖 5-62 CNC 工具機有無負載於低速之真圓度偏差量比較圖
PI Auto-tuning+DOB+NFC 0
2 4 6 8
RMS contouring error (um) CNC machine : No load
CNC machine : 16 Kg load
圖 5-63 CNC 工具機有無負載於低速之輪廓誤差有效值比較圖
PI Auto-tuning+DOB+NFC 0
5 10 15 20
Max-Min contouring error (um) CNC machine : No load CNC machine : 16 Kg load
圖 5-64 CNC 工具機有無負載於高速之真圓度偏差量比較圖
PI Auto-tuning+DOB+NFC 0
2 4 6 8
RMS contouring error (um) CNC machine : No load
CNC machine : 16 Kg load
圖 5-65 CNC 工具機有無負載於高速之輪廓誤差有效值比較圖