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運動控制功能原理介紹 81
PCI-8254 / PCI-8258
(1) 資料長度 : 設定資料長度是為了決定程式要計算多少組 PID 控
制器的增益值。在理想狀況上，同一個系統根據相同演算法設計出
的 PID 控制器其每組增益值結果都應該都要相同，但因為量測或是
其他因素造成的誤差，些許都會使每組量測結果有些許不同，因此
我們必須提供可量化指表 (Index) 以提供使用者判斷結果使否合理，
在此我們使用統計上常用的平均值計算 PID 控制器增益值並顯示在
MCP2 的 Final value 視窗上，以標準差作為計算流程是否成功的依
據並顯示在 MCP2 的 Fluctuation 視窗上。舉例來說，若使用者設定
資料長度為 200，程式會計算 200 組 PID 增益值的平均值和標準差
( 或是變動率 )，若是所有計算結果標準差 ( 或是變動率 ) 小於 10%，
則可視為計算完成，而估算出的增益值也會有一定程度可信度。
(2) 磁滯範圍 : 此設定目的是為了縮小前面提到的標準差，而能使每
次計算結果都能盡量一致。舉例來說，僅改變磁滯範圍情況下，我
們可由下表結果得知標準差的確隨調大磁滯範圍而減少。反過來說，
過大磁滯範圍設定所設計出的 PID 控制器，如下表所示，系統頻寬
會較低，因此系統反應速度會較慢。無論如何調整，我們可以確保
設計出的控制器能使系統都能在一個固定規格範圍內，如下表所示，
Phase margin 都等於 60 度。
(3) 取樣時間 : 此設定為決定 Encoder 的取樣時間，因此也會影響
到計算結果。下表為改變取樣時間下所得的結果，我們可得知系統
的頻寬約略相同，但是有達到縮小標準差的目的，同樣Phase margin
等於 60 度的系統規格也有符合。
磁滯範圍
KP 增益值
標準差 (%)
KI 增益值
標準差 (%)
KD 增益值
標準差 (%)
Band
width(Hz)
Phase
margin(degree)
150 5.123 7.887 2.378 22 60
250 4.087 6.383 1.845 18.8 60
350 2.718 4.313 1.183 17.7 60
450 3.056 4.880 1.277 16.5 60
取樣時間
KP 增益值
標準差 (%)
KI 增益值
標準差 (%)
KD 增益值
標準差 (%)
Band
width(Hz)
Phase
margin(degree)
500 4.918 7.634 2.298 22 60
300 3.562 5.580 1.574 23.8 60
200 2.552 3.970 1.154 23.8 60
100 1.087 1.707 0.478 23.8 60
preliminary