第五章 應用於 CNC 機台上的實驗結果
5.2 不同控制器於 CNC 工具機加載的實驗結果
本節將探討CNC 工具機加載對系統響應的影響，同樣地進行 XY 軸循圓 的實驗。如圖 5-21 所示，我們將自耦變壓器作為 CNC 工具機的負載，其重 量為16 Kg。
圖 5-21 CNC 工具機加載之圖樣
5.2.1 PI 控制器實驗
在PI 加載實驗中，XY 軸的速度 PI 控制器增益與位置 P 控制器增益均採 用5.1.1 節的參數。X 軸的追跡誤差如圖 5-22 所示，有效值為 0.139mm；Y 軸的追跡誤差如圖 5-23 所示，有效值為 0.139mm；輪廓誤差如圖 5-24 所 示，真圓度偏差量為 13.604 mμ ，由於負載的增加，反而使得低頻的抖動量 降低，即降低了最大輪廓誤差值。輪廓誤差放大300 倍與標準圓之比較如圖 5-25 所示，圖中可以清楚地看到，在 0 度、90 度、180 度及 270 度等轉角的 地方一樣均有較大的輪廓誤差，如同 5.1.1 節。
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -0.2
-0.1 0 0.1 0.2 0.3
Time (sec)
Tracking error (mm)
圖 5-22 加載後 X 軸的追跡誤差
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3
Time (sec)
Tracking error (mm)
圖 5-23 加載後 Y 軸的追跡誤差
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-15 -10 -5 0 5 10 15
Time (sec)
Contouring error (um)
圖 5-24 加載後 PI 控制的輪廓誤差
5 10
15
30
210
60
240
90
270 120
300 150
330
180 0
x 300 (mm)
圖 5-25 加載後 PI 控制的循圓軌跡誤差與標準圓
5.2.2 加入 NFC 實驗
在加入NFC 加載實驗中，XY 軸的速度 PI 控制器增益與位置 P 控制器增 益 均 採 用 5.1.1 節 的 參 數 。 X 軸 的 追 跡 誤 差 如 圖 5-26 所 示 ， 有 效 值 為 0.139mm；Y 軸的追跡誤差如圖 5-27 所示，有效值為 0.139mm；輪廓誤差 如圖 5-28 所示，真圓度偏差量為 8.067 mμ 。輪廓誤差放大 300 倍與標準圓 之比較如圖 5-29 所示，圖中可以清楚地看到，相較於 5.2.1 節，在 0 度、90 度、180 度及 270 度等轉角的地方均比未加 NFC 有明顯地改善。
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -0.2
-0.1 0 0.1 0.2 0.3
Time (sec)
Tracking error (mm)
圖 5-26 加載後系統加入 NFC 之 X 軸的追跡誤差
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3
Time (sec)
Tracking error (mm)
圖 5-27 加載後系統加入 NFC 之 Y 軸的追跡誤差
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-15 -10 -5 0 5 10 15
Time (sec)
Contouring error (um)
圖 5-28 加載後系統加入 NFC 之輪廓誤差
5 10
15
30
210
60
240
90
270 120
300 150
330
180 0
x 300 (mm)
圖 5-29 加載後系統加入 NFC 之循圓軌跡誤差與標準圓
5.2.3 加入 DOB 實驗
在加入 DOB 加載實驗中，XY 軸的速度 PI 控制器增益與位置 P 控制器 增益均採用 5.1.1 節的參數。X 軸的追跡誤差如圖 5-30 所示，有效值為 0.139mm；Y 軸的追跡誤差如圖 5-31 所示，有效值為 0.139mm；輪廓誤差 如圖 5-32 所示，真圓度偏差量為 16.579 mμ 。輪廓誤差放大 300 倍與標準圓 之比較如圖 5-33 所示，圖中可以清楚地看到，相較於 5.1.3 節，不論有無負 載，其輪廓誤差的表現幾乎相近。
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -0.2
-0.1 0 0.1 0.2 0.3
Time (sec)
Tracking error (mm)
圖 5-30 加載後系統加入 DOB 之 X 軸的追跡誤差
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3
Time (sec)
Tracking error (mm)
圖 5-31 加載後系統加入 DOB 之 Y 軸的追跡誤差
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-15 -10 -5 0 5 10 15
Time (sec)
Contouring error (um)
圖 5-32 加載後系統加入 DOB 之輪廓誤差
5 10
15
30
210
60
240
90
270 120
300 150
330
180 0
x 300 (mm)
圖 5-33 加載後系統加入 DOB 之循圓軌跡誤差與標準圓
5.2.4 加入 DOB+NFC 實驗
在加入DOB+NFC 加載實驗中，XY 軸的速度 PI 控制器增益與位置 P 控 制器增益均採用 5.1.1 節的參數。X 軸的追跡誤差如圖 5-34 所示，有效值為 0.139mm；Y 軸的追跡誤差如圖 5-35 所示，有效值為 0.139mm；輪廓誤差 如圖 5-36 所示，真圓度偏差量為 3.251 mμ 。輪廓誤差放大 300 倍與標準圓 之比較如圖 5-37 所示，圖中可以清楚地看到，相較於 5.2.1 節，輪廓誤差平 均值大大地被改善了。
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -0.2
-0.1 0 0.1 0.2 0.3
Time (sec)
Tracking error (mm)
圖 5-34 加載後系統加入 DOB+NFC 之 X 軸的追跡誤差
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3
Time (sec)
Tracking error (mm)
圖 5-35 加載後系統加入 DOB+NFC 之 Y 軸的追跡誤差
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-15 -10 -5 0 5 10 15
Time (sec)
Contouring error (um)
圖 5-36 加載後系統加入 DOB+NFC 之輪廓誤差
5 10
15
30
210
60
240
90
270 120
300 150
330
180 0
x 300 (mm)
圖 5-37 加載後系統加入 DOB+NFC 之循圓軌跡誤差與標準圓
5.2.5 Auto-tuning+DOB+NFC 加載實驗
在本實驗中，XY 軸的速度 PI 控制器增益與位置 P 控制器增益均採用 5.1.5 節的參數，並且加入 DOB+NFC。X 軸的追跡誤差如圖 5-38 所示，有 效值為0.069mm；Y 軸的追跡誤差如圖 5-39 所示，有效值為 0.069mm；輪 廓誤差如圖 5-40 所示，真圓度偏差量為 1.775 mμ 。輪廓誤差放大 300 倍與 標準圓之比較如圖 5-41 所示，圖中可以清楚地看到，相較於 5.2.4 節，因為 控制器增益的放大，使得性能更加提升，特別是位置P 增益放大兩倍，造成 XY 軸的追跡誤差平均值降為原來的一半。
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -0.2
-0.1 0 0.1 0.2 0.3
Time (sec)
Tracking error (mm)
圖 5-38 Auto-tuning+DOB+NFC 之 X 軸的追跡誤差
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3
Time (sec)
Tracking error (mm)
圖 5-39 Auto-tuning+DOB+NFC 之 Y 軸的追跡誤差
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-15 -10 -5 0 5 10 15
Time (sec)
Contouring error (um)
圖 5-40 Auto-tuning+DOB+NFC 之輪廓誤差