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    直線定位平臺一般基于編碼器按設定的運動軌跡進行精確定位。這些編碼器一方面用于定位，另一方面通常同時用于無刷伺服電機的換向。

    然而對于某些應用而言，位置控制卻沒有力控制重要，比如材料壓合應用。當把兩個物體壓合在一起時，如果我們是控制位置量，那么由于物體厚度、環氧樹脂量和平臺反向間隙等變化因素會極大地影響壓合力的大小，造成力過大或過小而不能成功實現壓合。如果我們將力反饋作為伺服環的“位置”給定，那么我們就可以確保每次都施加同樣大小的力，不論如上影響因素如何變化。

氣動解決方案的缺點是力控不夠精細且難以適應各種工藝變化。

力控其它應用場合還有力數據回放和振動測試等。

    在如下的例子中，首先被測件在位置控制模式下移動到某個加載/卸載位置，當移動到目標位置時切換到力控模式進行測試或操作。此時，按工藝要求，可以保持一個恒力，或者某些情況下需要一個按設定時序精確變化的力。這就需要可以如控制位置一樣控制力。

    有兩種基本方法可以實現力控制：自動聚焦環路控制和傳統PID環路控制。根據具體的應用場合選擇其中某個更好的控制方式。我們這里描述的方法是傳統PID方法，這個方法用于力閉環帶寬要求較高的場合。自動聚焦方法通常只能達到1/5的PID方法的帶寬。

    關鍵設置點：系統要設置成雙閉環模式。編碼器用作速度環路反饋輸入和電機換向。測力傳感器輸出作為位置環路反饋輸入。Ensemble控制器可以接收+/-10V模擬量輸入信號。模擬輸入通過16位ADC采樣，所以其分辨率是+/-32767。

    此次測試中的力傳感器輸出+/-1V信號，所以Ensemble接收到的最大值會是+/-3276。

    當不需要力控而需要用于加載/卸載操作的簡單定位控制時，可以通過簡單的程序把控制器切換為單閉環控制模式，即設置位置反饋和速度反饋都來自編碼器（光柵尺）。

以下測試中用到的產品和儀器如下：

控制器：EnsembleHPe10

直線平臺：LMA-300（內裝有BLM142電機和1um分辨率光柵尺）

力傳感器：Omega51-50

參數設置：如下參數都要設置好

力控模式參數設置：

位置模式參數設置：

    ¹CountsPerUnit基于Aerotech驅動器的ADC。16位模擬量輸入的范圍是+/-10V，-10V等于ADC的0單位，10V等于65536單位，0V等于32768單位。1磅力對應的ADC單位數需要通過計算得到。比如10V輸出時對應測量到的力是350磅，那么CountsPerUnit就是32768/350=93.6229單位/磅。

    ²CountsPerUnit基于分辨率和用戶單位。比如當編碼器分辨率為0.25um和編程單位為mm時，這個參數就是1mm/0.00025mm=4000CountsPerUnit。

    ³CountsPerUnit參數更改需要重啟控制器才能生效。如下例子中，這可用于計算一個轉換系數，這樣運動指令可以按一定比例轉換，從而可以保持原有的系數而編程中可以用新的單位。

    兩種模式的調試參數會有所不同，可以基于力控模式還是位置控制模式設置成不同值。

    每種模式的增益參數需要分別調試。Autotune工具可以用于位置控制模式調試。Autotune同樣也可以用于力控模式，或者可以通過階躍響應方法來手動調試增益參數。

圖1：階躍相應曲線觀察誤差變化

例子程序：

首先系統設置成基于編碼器反饋的位置控制模式，然后切換到力控模式。

程序中的參數基于位置控制模式設定。例程調用了ForceControl函數庫。

速度反饋類型不能配置成NONE值。

以上程序的部分力控曲線圖：

同一圖上顯示力控和卸載運動曲線：

以7磅力幅值和3Hz頻率往復力控制：

以1磅力單位增量步進然后返回曲線圖：

如上圖中某個步進階梯的在位穩定性放大圖（以AD計數為單位）：

如上圖以磅為單位時：

    從上圖中我們可以觀察到模擬量輸入變化值是644uV。每個AD單位計數約為305uV，因此抖動幅度為2個計數單位。基于力傳感器的分辨率可以判斷你可以多快地跟隨給定的力命令。

翻譯：胡杰輝，控制系統經理，Aerotech中國，jason.hu@aerotech-china.com