CN102528288A - 一种数字式闭环控制电容调高系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数控技术领域，具体地说是一种数字式闭环控制电容调高系统的方法，所述的电容采集放大器采用LC谐振电路的输出端连接信号放大电路输入端所组成；所述的调高器主控制板采用信号接收电路的输出端依次连接FPGA芯片的信号输入端、主控制板核心处理器的一输入端、伺服电机接口电路的另一信号端，主控制板核心处理器的另两个信号端分别双向连接人机接口的一端、以太网接口的一端；信号放大电路的输出端连接信号接收电路的输入端；信号接收电路的磁电转换电路的输出端连接FPGA芯片的信号输入端。本发明同现有技术相比，把板间电容转化成数字频率信号后进行传输和测量，抗干扰能力强，不受传输距离限制，测量精度。

Description

一种数字式闭环控制电容调高系统的方法

[技术领域]

本发明涉及数控技术领域，具体地说是一种用于激光切割加工设备上的一种数字式闭环控制电容调高系统的方法。

[背景技术]

激光切割加工过程中，为了使切口处获得最大的功率密度，保证获得高质量的切口，激光焦点一般应位于工件表面以下约1/3板厚处，所以切割加工过程中被割工件2表面到激光割嘴1的高度必须保持一致，此高度又称之为切割高度，一般在0.5～1.5mm间，1mm最常用。在激光切割加工金属板或木板等板材的过程中，往往会遇到板材表面有弧度纹路，材料表面有平整度不高，板材振动或者板材由于局部高温而变形等不利情况。如果不保持切割高度恒定，将无法保证激光焦点的合适位置，导致切割效果会比较差，甚至无法切穿板材，无法达到合格的切割标准。

因此，必须为激光切割设备设计一种随动控制系统来自动调节切割高度，简称调高系统，而高度随动控制又称之为高度跟随；该调高系统包括电容检测传感器、调高器主控制板和伺服机构模块，其中调高器主控制板中包括有主控制板核心处理器、伺服电机接口电路；伺服机构模块包括编码器、伺服电机、伺服驱动器、机械零点信号感应器、传动机构，其中伺服电机接口电路的一信号端双向连接伺服驱动器的信号端，伺服电机接口电路的信号输入端连接机械零点信号感应器的信号输出端，实现调高器主控制板与伺服机构模块间的检测和控制。激光割嘴垂直安装在传动机构上，系统通过控制传动机构来调节激光割嘴的高度位置，首先调高系统的测量部分实时检测出切割高度的变化；然后，调高器主控制板根据切割高度的变化，通过高度随动控制算法或称之为高度跟随控制算法，向伺服机构模块中的伺服驱动器输出合适的调节信号；伺服驱动器驱动伺服电机做出相应转动，并通过传动机构，例如丝杆等，转化为激光割嘴在垂直方向的上升或下降运动，使得切割高度保持恒定，从而保证切割质量。

依据变极距电容传感器的原理，激光割嘴与待切割板材之间会形成一个约在5-20pF的微小的两平板间电容，该电容大小与两极板间的高度，即切割高度，近似成反比例关系。由此便可以通过测量板间电容的大小来获取切割高度信息。

目前国内和国际上，现有的调高系统一般是给板间电容充电后将其转换成电压模拟信号，然后通过测量信号平均电压值，来推算切割高度信息后，用于高度跟随控制。此方法最大的劣势在于：1)模拟电压信号传输过程容易受到干扰，使测量精度降低，无法实现对微小电容的精确测量，而降低系统的跟随精度及跟随速度；2)传输信号电缆自身阻抗、杂散电容的大小都会直接影响被测电容转电压信号的电路，从而导致测量精度降低，对传输信号电缆的长短以及质量要求很高，现场调试复杂；3)电容信号转成模拟电压信号无法远距离传输。同时由于测量精度不高，高度跟随算法一般采用传统的PID控制算法，虽能保证系统的稳定，但是跟随速度和精度却不尽人意。

另外，现有的调高系统中没有友好的人机交互界面，没有数据交互的通讯接口，仅仅只提供基于IO的握手控制接口。因此，其扩展性、通用性有限，与激光切割设备无法实时交换数据，降低了加工效率，限制了切割工艺的发展。

[发明内容]

本发明的目的是为克服现有技术的不足，设计一种把微小电容转换成数字频率信号后，进行高速精确采样以实现非接触式测量切割高度，并根据测量数据进行高度跟随控制，保证切割高度恒定的系统；并设有以太网接口，方便在调高系统与PC或激光切割设备之间建立通讯，在调高的同时进行与上位机软件或激光切割设备的实时通讯，以实现激光切割过程中，多段穿孔，蛙跳上抬，飞行光路焦距补偿等高级功能。

为实现上述目的，设计一种数字式闭环控制电容调高系统的方法，包括调高器主控制板、伺服机构模块、电容采集放大器；所述的调高器主控制板包括主控制板核心处理器、伺服电机接口电路；所述的主控制板核心处理器嵌设有调高处理软件；所述的伺服机构模块包括编码器、伺服电机、伺服驱动器、机械零点信号感应器、传动机构，其中伺服电机接口电路的一信号端双向连接伺服驱动器的信号端，伺服电机接口电路的信号输入端连接机械零点信号感应器的信号输出端，其特征在于：

A.所述的电容采集放大器采用数字式电容采集放大器，所述的数字式电容采集放大器是采用LC谐振电路的输出端连接信号放大电路输入端所组成；所述的调高器主控制板采用信号接收电路的输出端依次连接FPGA芯片的信号输入端、主控制板核心处理器的一输入端、伺服电机接口电路的另一信号端，主控制板核心处理器的另两个信号端分别双向连接人机接口的一端、以太网接口的一端，人机接口的另一端连接键盘和液晶显示器所构成；数字式电容采集放大器中的信号放大电路的输出端连接调高器主控制板的信号接收电路的输入端；所述的信号接收电路采用EMIFIL电容滤波电路的输出端依次连接阻抗匹配电路的输入端、运算放大电路的输入端、磁电转换电路的输入端所组成；磁电转换电路的输出端连接FPGA芯片的信号输入端；

B.所述的调高处理软件进行如下处理步骤：(1)开始；(2)从人机接口或以太网接口接收命令；(3)判断接收到命令否，没有接收到命令，则返回开始；接收到命令则判断是否有停止命令；(4)停止命令为是，则停止一切动作并返回开始步骤；停止命令为否，则判断是否有高度跟随命令；(5)高度跟随命令为是，则停止一切动作，并设置跟随高度，然后执行高度跟随流程并返回“开始”步骤；高度跟随命令为否，则判断是否有单边保护命令；(6)单边保护命令为是，则停止一切动作，并设置保护高度，然后执行单边保护流程，并返回“开始”步骤；单边保护命令为否，则判断是否有空移定位命令；(7)空移定位命令为是，则停止一切动作，并设置空移目标位置，然后执行空移定位流程，并返回“开始”步骤；空移定位命令为否，则判断是否有机械回零命令；(8)机械回零命令为是，则停止一切动作，然后执行机械回零流程，并返回“开始”步骤；机械回零命令为否，进入错误命令处理，并返回“开始”步骤；

C.数字式电容采集放大器采集电容信号后经LC谐振电路对电容进行反复地充放电，产生频率在1～10MHZ的高频数字信号，接着信号放大电路对高频数字信号进行差分放大成5V的差分数字信号后输出，然后调高器主控制板内的信号接收电路先采用EMIFIL电容滤波电路来过滤高次谐波干扰，再通过阻抗匹配电路来终结信号的传输完成接收，接着运算放大电路再次将信号调理成幅值5V的数字频率信号；最后经磁电转换电路将信号调理成同等频率的方波信号后，输出给FPGA芯片的信号输入端，FPGA芯片对该同等频率的方波信号的上升沿进行过采样，通过方波信号中相邻两个上升沿的间隔时间来计算出该方波信号的频率值，并对超过100个连续的频率值做均值滤波处理后，将均值滤波后的电容信号频率值结果存储在FPGA芯片的内部寄存器中供主控制板核心处理器读取后，由调高器处理软件对读取后的电容信号频率值进行处理后实现对伺服机构模块的运动控制。

所述的高度跟随控制流程执行如下处理步骤：(1)设定目标跟随高度；(2)从FPGA芯片的内部寄存器读取电容信号频率值；(3)计算当前切割高度信息；(4)根据当前切割高度信息计算跟随误差和上一周期跟随速度；(5)自适应调整跟随控制算法的位置环比例增益；(6)平滑开启跟随控制算法的位置环积分增益；(7)计算位置环控制量，输出到速度环；(8)根据位置环控制量和上周期跟随速度计算跟随速度误差；(9)平滑开启跟随控制算法速度环积分增益；(10)计算速度环控制量；(11)输出速度环控制量到伺服驱动器驱动伺服电机执行高度跟随动作；(12)返回“从FPGA芯片的内部寄存器读取电容信号频率值”步骤。

所述的单边保护流程执行如下处理步骤：(1)设定单边保护高度；(2)从FPGA芯片读取电容信号频率值；(3)根据测量到的电容信号数据计算当前切割高度；(4)判断当前切割高度小于设定的单边保护高度否；如果当前切割高度不小于设定的单边保护高度，则关闭高度跟随命令，返回到“从FPGA芯片读取电容信号频率值”步骤；如果当前切割高度小于设定的单边保护高度，则以设定的单边保护高度为目标高度，并执行高度跟随流程，然后返回“从FPGA芯片读取电容信号频率值”步骤。

所述的空移定位流程执行如下处理步骤：(1)设定空移速度和目标位置；(2)按S形加减速规划空移位移—时间曲线；(3)根据位移—时间曲线获取下一插补周期激光割嘴的目标定位位置；(4)执行伺服定位控制流程；(5)判断是否到达目标位置；(6)如未到达目标位置，则返回到“根据位移—时间曲线获取下一插补周期激光割嘴的目标定位位置”步骤；如到达目标位置，则结束。

所述的机械回零流程执行如下处理步骤：(1)伺服机构带着激光割嘴向上运动寻找机械零点信号；(2)判断机械零点信号有效否；如果无效，则返回上一步；如果有效，则减速停止；(3)激光割嘴以2mm/s的速度向下运动；(4)判断机械零点信号有效否；如果有效，则返回“激光割嘴以2mm/s的速度向下运动”步骤；如果无效，则判断编码器Z信号有效否；(5)如果编码器Z信号无效，则返回“激光割嘴以2mm/s的速度向下运动”步骤；如果编码器Z信号有效，则结束。

所述的伺服定位控制流程执行如下处理步骤：(1)设定目标位置；(2)读编码器数据，计算当前激光割嘴的位置、定位速度以及定位误差；(3)位置PID算法根据定位速度、定位误差，计算控制量；(4)输出位置PID算法控制量到伺服驱动器驱动伺服电机执行定位动作；(5)返回“读编码器数据，计算当前激光割嘴的位置、定位速度以及定位误差”步骤。

本发明同现有技术相比，把激光割嘴与板材之间的板间电容转化成数字频率信号后进行传输和测量，抗干扰能力强，不受传输距离限制，对传输信号电缆要求低，现场调试方便，并能获得很高的测量精度；再结合自适应双闭环控制算法，取得了很高的控制精度，静态精度0.003mm，动态精度0.02mm；跟随速度快，可以达到200mm/s的跟随速度；另外由于控制软件有单边保护功能，可以实现切割设备从一个加工工位空走到下一个加工工位的过程，激光割嘴不上抬直接跃过障碍及空洞，从而提高切割加工效率；同时采用了太网接口来与外围切割设备进行数据通信，实现友好的人际交互，提高控制精度和随动速度，并能实现组网以及超远距离数据传输功能。

[附图说明]

图1为本发明工作原理框图。

图2为本发明实施例中接入被测电容后的原理框图。

图3为本发明中调高器主控制板中信号接收电路图。

图4为本发明中的调高处理软件流程框图。

图5为图4中高度跟随控制流程的流程框图。

图6为图4中单边保护流程的流程框图。

图7为图4中空移定位流程的流程框图。

图8为图4中机械回零流程的流程框图。

图9为图7中伺服定位控制流程的流程框图。

图10为本发明中位置、速度双闭环控制原理框图。

[具体实施方式]

现结合附图对本发明作进一步地说明。

参见图1，本发明中数字式闭环控制电容调高系统的方法，包括调高器主控制板、伺服机构模块、电容采集放大器；所述的调高器主控制板包括信号接收电路、FPGA芯片、主控制板核心处理器、伺服电机接口电路、人机接口、以太网接口；所述的主控制板核心处理器嵌设有调高处理软件；所述的伺服机构模块包括编码器、伺服电机、伺服驱动器、机械零点信号感应器、传动机构，其中伺服电机接口电路的一信号端双向连接伺服驱动器的信号端，伺服电机接口电路的信号输入端连接机械零点信号感应器的信号输出端，其具体结构如下：

所述的电容采集放大器采用数字式电容采集放大器，所述的数字式电容采集放大器是采用LC谐振电路的输出端连接信号放大电路输入端所组成；所述的调高器主控制板采用信号接收电路的输出端依次连接FPGA芯片的信号输入端、主控制板核心处理器的一输入端、伺服电机接口电路的另一信号端，主控制板核心处理器的另两个信号端分别双向连接人机接口的一端、以太网接口的一端，人机接口的另一端连接键盘和液晶显示器；数字式电容采集放大器中的信号放大电路的输出端连接调高器主控制板的信号接收电路的输入端；

参见图3，所述的信号接收电路采用EMIFIL电容滤波电路的输出端依次连接阻抗匹配电路的输入端、运算放大电路的输入端、磁电转换电路的输入端所组成；磁电转换电路的输出端连接FPGA芯片的信号输入端；

参见图4，所述的调高处理软件进行如下处理步骤：(1)开始；(2)从人机接口或以太网接口接收命令；(3)判断接收到命令否，没有接收到命令，则返回开始；接收到命令则判断是否有停止命令；(4)停止命令为是，则停止一切动作并返回开始步骤；停止命令为否，则判断是否有高度跟随命令；(5)高度跟随命令为是，则停止一切动作，并设置跟随高度，然后执行高度跟随流程并返回“开始”步骤；高度跟随命令为否，则判断是否有单边保护命令；(6)单边保护命令为是，则停止一切动作，并设置保护高度，然后执行单边保护流程，并返回“开始”步骤；单边保护命令为否，则判断是否有空移定位命令；(7)空移定位命令为是，则停止一切动作，并设置空移目标位置，然后执行空移定位流程，并返回“开始”步骤；空移定位命令为否，则判断是否有机械回零命令；(8)机械回零命令为是，则停止一切动作，然后执行机械回零流程，并返回“开始”步骤；机械回零命令为否，进入错误命令处理，并返回“开始”步骤。

参见图5，所述的高度跟随控制流程执行如下处理步骤：(1)设定目标跟随高度；(2)从FPGA芯片的内部寄存器读取电容信号频率值；(3)计算当前切割高度信息；(4)根据切割高度信息计算跟随误差和上一周期跟随速度；(5)自适应调整跟随控制算法的位置环比例增益；(6)平滑开启跟随控制算法的位置环积分增益；(7)计算位置环控制量，输出到速度环；(8)计算跟随速度误差；(9)平滑开启跟随控制算法速度环积分增益；(10)计算速度环控制量；(11)输出速度环控制量到伺服驱动器驱动伺服电机执行高度跟随动作；(11)返回“从FPGA芯片的内部寄存器读取电容信号频率值”步骤。所述的“自适应调整跟随控制算法的位置环比例增益”，指在高度跟随误差较大时，例如超过3mm，使用约为系统最大增益75％的较大的比例增益，而误差较小时，例如小于1mm，使用约为系统最大增益35％的较小比例增益，以达到更快的跟随速度，同时减少过冲。所述的“平滑开启跟随控制算法的位置环积分增益”，指仅在跟随误差较小时，例如小于1-0.5mm时，开启一半的积分增益，在小于0.5mm时，才全部开启积分增益，这样处理以减小跟随控制的稳态误差，减少过冲，防止由积分增益引起的振荡，同时避免突然开启积分增益带来的冲击。所述的“平滑开启跟随控制算法速度环积分增益”处理方法与此相同。

参见图6，所述的单边保护流程执行如下处理步骤：(1)设定单边保护高度；(2)从FPGA芯片读取电容信号频率值；(3)根据测量到的电容信号数据计算当前切割高度；(4)判断当前切割高度小于设定的单边保护高度否；如果当前切割高度不小于设定的单边保护高度，则关闭高度跟随命令，返回到“从FPGA芯片读取电容信号频率值”步骤；如果当前切割高度小于设定的单边保护高度，则以设定的单边保护高度为目标高度，并打开高度跟随，然后返回“从FPGA芯片读取电容信号频率值”步骤。

参见图7，所述的空移定位流程执行如下处理步骤：(1)设定空移速度和目标位置；(2)按S形加减速规划空移位移—时间曲线；(3)根据位移—时间曲线获取下一插补周期激光割嘴目标定位位置；(4)执行伺服定位控制流程；(5)判断是否到达目标位置；(6)如未到达目标位置，则返回到“根据位移—时间曲线获取下一插补周期激光割嘴定位位置”步骤；如到达目标位置，则结束。

参见图8，所述的机械回零流程执行如下处理步骤：(1)伺服机构带着激光割嘴1向上运动寻找机械零点信号；(2)判断机械零点信号有效否；如果无效，则返回上一步；如果有效，则减速停止；(3)激光割嘴1以2mm/s的速度向下运动；(4)判断机械零点信号有效否；如果有效，则返回“激光割嘴以2mm/s的速度向下运动”步骤；如果无效，则判断编码器Z信号有效否；(5)如果编码器Z信号无效，则返回“激光割嘴以2mm/s的速度向下运动”步骤；如果编码器Z信号有效，则结束。

参见图9，所述的伺服定位控制流程执行如下处理步骤：(1)设定目标位置；(2)读编码器数据，计算当前激光割嘴的位置、定位速度以及定位误差；(3)根据定位误差计算位置环控制量；(4)用位置环控制量与当前定位速度相减计算出定位速度误差；(5)根据定位速度误差计算速度环控制量；(6)输出速度环控制量到伺服驱动器驱动伺服电机执行定位动作；(5)返回“读编码器数据，计算当前激光割嘴的位置、定位速度以及定位误差”步骤。

在实际应用时，激光割嘴和切割设备机壳分别采用线路连接到数字式电容采集放大器的两个输入端口，便可将激光割嘴1与被割工件2之间的板间电容输入LC谐振电路，本例中激光割嘴与被割工件之间的板间电容以下简称“被测电容”，参见图2。LC谐振电路对被测电容反复地充放电，可产生幅值1V左右的微弱高频数字信号，该高频数字信号的频率一般在1～10MHZ，接着通过信号放大电路进行差分放大成5V的差分数字信号后输出，然后调高器主控制板内的信号接收电路先采用EMIFIL电容滤波电路来过滤高次谐波干扰，然后通过阻抗匹配电路来终结信号的传输，完成接收并防止信号放射回发射端与原始信号叠加而引入传输干扰，保证传输过程的稳定性；接着运算放大电路再次将信号调理成幅值5V的数字频率信号，防止传输过程中信号的衰减；最后经磁电转换电路将信号调理成同等频率的方波信号后，输出给FPGA芯片的信号输入端。FPGA芯片对该同等频率的方波信号的上升沿以300MHZ的采样率进行过采样，通过相邻两个上升沿的间隔时间来计算出信号的频率值，并对超过100个连续的频率值做均值滤波处理后，将结果锁存在FPGA芯片的内部寄存器供主控制板核心处理器通过数据线读取。主控制板核心处理器内嵌调高处理软件，根据LC谐振电路电容与频率的关系式：

便可以换算出被测电容大小，进而根据该电容与切割高度的反比关系计算出激光割嘴和被割工件之间的当前高度信息，式中f表示频率、L表示电路电感、C表示谐振电路电容。根据每个控制周期测量的切割高度信息，调高处理软件的高度跟随闭环控制算法就可以实时计算出当前控制周期的跟随速度以及跟随误差，通过位置、速度双闭环高度跟随算法转变成对应的控制量后，经伺服电机接口电路输出给伺服驱动器驱动伺服电机，即可完成每个控制周期的切割高度的跟随工作，参见图10。

本发明涉及的调高系统在具体实现中，主要分测量和控制两部分来实现。本例中测量部分也即数字式电容采集放大器，根据被测电容和切割高度的对应关系，将切割高度的测量转换成了被测电容的测量。调高系统利用LC谐振电路的原理，把被测电容转化成高频的数字频率信号后，进行传输、测量，此方法抗干扰性强，现场调试方便，并获得了高速、高精度的测量结果。控制部分，采用了位置、速度双闭环的高度随动算法，也称高度跟随算法，并结合自适应调整位置环比例、平滑开启位置、速度环积分增益的现代控制论方法，使系统在保证高的控制精度的同时，获得了快的调节速度，并避免了稳态附近的过冲。上述技术手段，让本发明实现高度跟随控制：±0.003mm的静态精度，±0.02mm的动态精度，以及200mm/s以上的跟随速度。

本发明涉及的调高系统在具体实现中，还增加了太网接口来与外围切割设备进行数据通信，实现友好的人际交互，提高控制精度和随动速度，并能实现组网以及超远距离数据传输功能，实现调高系统和外围切割设备的信息实时共享，从而配合外围切割设备实现一系列复杂切割工艺，如多段穿孔，蛙跳上抬，飞行光路焦距补偿、自动寻找板材边界等高级功能。

Claims (6)

1.一种数字式闭环控制电容调高系统的方法，包括调高器主控制板、伺服机构模块、电容采集放大器；所述的调高器主控制板包括主控制板核心处理器、伺服电机接口电路；所述的主控制板核心处理器嵌设有调高处理软件；所述的伺服机构模块包括编码器、伺服电机、伺服驱动器、机械零点信号感应器、传动机构，其中伺服电机接口电路的一信号端双向连接伺服驱动器的信号端，伺服电机接口电路的信号输入端连接机械零点信号感应器的信号输出端，其特征在于：

A.所述的电容采集放大器采用数字式电容采集放大器，所述的数字式电容采集放大器是采用LC谐振电路的输出端连接信号放大电路输入端所组成；所述的调高器主控制板采用信号接收电路的输出端依次连接FPGA芯片的信号输入端、主控制板核心处理器的一输入端、伺服电机接口电路的另一信号端，主控制板核心处理器的另两个信号端分别双向连接人机接口的一端、以太网接口的一端，人机接口的另一端连接键盘和液晶显示器所构成；数字式电容采集放大器中的信号放大电路的输出端连接调高器主控制板的信号接收电路的输入端；所述的信号接收电路采用EMIFIL电容滤波电路的输出端依次连接阻抗匹配电路的输入端、运算放大电路的输入端、磁电转换电路的输入端所组成；磁电转换电路的输出端连接FPGA芯片的信号输入端；

B.所述的调高处理软件进行如下处理步骤：(1)开始；(2)从人机接口或以太网接口接收命令；(3)判断接收到命令否，没有接收到命令，则返回开始；接收到命令则判断是否有停止命令；(4)停止命令为是，则停止一切动作并返回开始步骤；停止命令为否，则判断是否有高度跟随命令；(5)高度跟随命令为是，则停止一切动作，并设置跟随高度，然后执行高度跟随流程并返回“开始”步骤；高度跟随命令为否，则判断是否有单边保护命令；(6)单边保护命令为是，则停止一切动作，并设置保护高度，然后执行单边保护流程，并返回“开始”步骤；单边保护命令为否，则判断是否有空移定位命令；(7)空移定位命令为是，则停止一切动作，并设置空移目标位置，然后执行空移定位流程，并返回“开始”步骤；空移定位命令为否，则判断是否有机械回零命令；(8)机械回零命令为是，则停止一切动作，然后执行机械回零流程，并返回“开始”步骤；机械回零命令为否，进入错误命令处理，并返回“开始”步骤；

C.数字式电容采集放大器采集电容信号后经LC谐振电路对电容进行反复地充放电，产生频率在1～10MHZ的高频数字信号，接着信号放大电路对高频数字信号进行差分放大成5V的差分数字信号后输出，然后调高器主控制板内的信号接收电路先采用EMIFIL电容滤波电路来过滤高次谐波干扰，再通过阻抗匹配电路来终结信号的传输完成接收，接着运算放大电路再次将信号调理成幅值5V的数字频率信号；最后经磁电转换电路将信号调理成同等频率的方波信号后，输出给FPGA芯片的信号输入端，FPGA芯片对该同等频率的方波信号的上升沿进行过采样，通过方波信号中相邻两个上升沿的间隔时间来计算出该方波信号的频率值，并对超过100个连续的频率值做均值滤波处理后，将均值滤波后的电容信号频率值结果存储在FPGA芯片的内部寄存器中供主控制板核心处理器读取后，由调高器处理软件对读取后的电容信号频率值进行处理后实现对伺服机构模块的运动控制。

2.如权利要求1所述的一种数字式闭环控制电容调高系统的方法，其特征在于：所述的高度跟随控制流程执行如下处理步骤：(1)设定目标跟随高度；(2)从FPGA芯片的内部寄存器读取电容信号频率值；(3)计算当前切割高度信息；(4)根据当前切割高度信息计算跟随误差和上一周期跟随速度；(5)自适应调整跟随控制算法的位置环比例增益；(6)平滑开启跟随控制算法的位置环积分增益；(7)计算位置环控制量，输出到速度环；(8)根据位置环控制量和上周期跟随速度计算跟随速度误差；(9)平滑开启跟随控制算法速度环积分增益；(10)计算速度环控制量；(11)输出速度环控制量到伺服驱动器驱动伺服电机执行高度跟随动作；(12)返回“从FPGA芯片的内部寄存器读取电容信号频率值”步骤。

3.如权利要求1所述的一种数字式闭环控制电容调高系统的方法，其特征在于所述的单边保护流程执行如下处理步骤：(1)设定单边保护高度；(2)从FPGA芯片读取电容信号频率值；(3)根据测量到的电容信号数据计算当前切割高度；(4)判断当前切割高度小于设定的单边保护高度否；如果当前切割高度不小于设定的单边保护高度，则关闭高度跟随命令，返回到“从FPGA芯片读取电容信号频率值”步骤；如果当前切割高度小于设定的单边保护高度，则以设定的单边保护高度为目标高度，并执行高度跟随流程，然后返回“从FPGA芯片读取电容信号频率值”步骤。

4.如权利要求1所述的一种数字式闭环控制电容调高系统的方法，其特征在于所述的空移定位流程执行如下处理步骤：(1)设定空移速度和目标位置；(2)按S形加减速规划空移位移—时间曲线；(3)根据位移—时间曲线获取下一插补周期激光割嘴的目标定位位置；(4)执行伺服定位控制流程；(5)判断是否到达目标位置；(6)如未到达目标位置，则返回到“根据位移—时间曲线获取下一插补周期激光割嘴的目标定位位置”步骤；如到达目标位置，则结束。

5.如权利要求1所述的一种数字式闭环控制电容调高系统的方法，其特征在于所述的机械回零流程执行如下处理步骤：(1)伺服机构带着激光割嘴向上运动寻找机械零点信号；(2)判断机械零点信号有效否；如果无效，则返回上一步；如果有效，则减速停止；(3)激光割嘴以2mm/s的速度向下运动；(4)判断机械零点信号有效否；如果有效，则返回“激光割嘴以2mm/s的速度向下运动”步骤；如果无效，则判断编码器Z信号有效否；(5)如果编码器Z信号无效，则返回“激光割嘴以2mm/s的速度向下运动”步骤；如果编码器Z信号有效，则结束。

6.如权利要求4所述的一种数字式闭环控制电容调高系统的方法，其特征在于所述的伺服定位控制流程执行如下处理步骤：(1)设定目标位置；(2)读编码器数据，计算当前激光割嘴的位置、定位速度以及定位误差；(3)位置PID算法根据定位速度、定位误差，计算控制量；(4)输出位置PID算法控制量到伺服驱动器驱动伺服电机执行定位动作；(5)返回“读编码器数据，计算当前激光割嘴的位置、定位速度以及定位误差”步骤。

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