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定位控制是运动控制中最常用的控制方法，是指运动对象根据控制器指令的要求，按照设定的速度和方向从设定位置运行并准确地停止在目标位置。由于其应用广泛，因此很多驱动器都在内部集成了简单的定位控制器。西门子一些驱动器也在内部集成了简单的定位控制器，称为基本定位器（Epos），E是德语词Einfache（简单的）的缩写。
基本定位器（Epos）是西门子驱动器常用的高级功能，用于线性轴和旋转轴的绝对定位或相对定位，在伺服控制和矢量控制模式中基本定位器均可用。基本定位器需要使用位置控制器的功能，因此激活基本定位器会自动激活位置控制器，其所需的BICO参数互联会自动进行。
简单定位控制一般分为两部分，位置控制器和基本定位器如图3-45所示。
图3-45 基本定位器和位置控制器
1. 位置控制器
位置控制器一般是指轴位置的闭环控制，在传统的双闭环控制系统的速度环之外增加位置环，它主要包括：
1）编码器实际值的处理：将编码器值转化为位置值。
2）位置控制器：PI控制器，包括限制、速度前馈等。
3）位置值监控：包括静态监控、定位监控、动态跟随误差监控。
2. 基本定位器
基本定位器更像是一个算法，位置给定、速度给定及加速度给定经过这个算法送入位置控制器的输入。这个算法可计算出轴的运行特性，使轴以最佳的方式移动到目标位置，类似于速度给定通道的斜坡函数发生器，但比斜坡函数复杂。通过它可以在驱动内部实现轴的简单定位，其主要包括以下功能：
1）点动（Jog）：手动方式移动轴至目标位置，包括速度和位置两种方式。
2）回零（Homing）：定义轴的参考点，包括设置零点、主动回零和被动回零。
3）极限值：限制轴的速度、加速度、加加速度、位置等，包括软限位和硬限位。
4）程序步（Traversing blocks）：编写运行程序步，按要求自动连续执行，通常有64个程序步。
5）直接设定值输入（Direct setpoint input）：轴一直按照设定的速度连续运行。有时也称为设置模式（Setup），与MDI相对应。
6）定位（MDI）：点到点的定位控制。MDI是从机床上引用过来的，意思是手动数据输入（Manual Data Input），轴根据手动设定的位置和速度等数据定位控制，而不是根据数控的NC程序运行。
本节以西门子SINAMICS S120变频器为例，简要介绍如何通过调试软件Starter调试定位控制的相关参数。SINAMICS是西门子全集成自动化的驱动集成系统，是全球唯一真正面向整套驱动系统的全面的解决方案。其产品丰富，可应用于各种驱动任务，适用于工业领域的机械和设备制造。
SINAMICS S120是SINAMICS系列中的高端变频器如图3-46所示，适用于机械设备制造等领域的高端应用。集成了V/F控制、矢量控制和伺服控制功能，同时还能够实现定位控制和位置同步控制；集成的驱动控制图表（DCC）能够像PLC一样编写控制程序，在某种程度上，SINAMICS S120既是驱动器又是小型运动控制器。有关SINAMICS S120产品的详细信息，请参阅相关资料。
图3-46 SINAMICS S120变频器产品
SINAMICS S120变频器的调试和其他的驱动器驱动有一些区别，尤其对于多轴的SIN-AMICS S120变频器系统，一个SINAMICS S120变频器控制单元CU320-2可以控制多达6根矢量轴或伺服轴，各功率单元和编码器模块等组件之间通过Drive-CLiQ相连接，并连接到CU320-2上。如果电机带Drive-CLiQ接口，可以通过在线模式，读取与CU320-2相连接的所有模块数据和电机数据，而不需要像普通变频器那样，需要输入每个电机电流、电压、速度等参数。如果电机不带Drive-CLiQ接口，则需要在离线的模式下，输入电机的相关数据。
与在驱动系统的静态优化和动态优化方面讲到的闭环速度矢量控制的调试方法类似，在此不再赘述。本节主要介绍伺服控制模式下位置控制器和基本定位器的设置。
1. 激活基本定位器
在Starter调试软件离线模式下，双击左侧菜单栏的“Configuration”，单击右侧“Con-figure DDS”标签，通过配置向导选择“Function modules”下面的“Basic positioner”激活基本定位器，配置完成后，编译并在线下载至驱动即可，如图3-47所示。
激活基本定位器会自动激活位置控制器，SINAMICS S120变频器中位置控制器的默认扫描周期为1ms，最快可以设置为62.5μs，它可以独立于EPOS。在驱动器中单独激活，以实现更定制化的运动控制功能。右键单击驱动对象属性在功能模块选项卡中可选择激活位置控制器，如图3-48所示。
激活基本定位器后，在驱动对象下会出现工艺（Technology），该选项下有基本定位器和位置控制。基本定位器包括极限值（Limit）、点动（Jog）、回零（Homing）、程序步（Traversing blocks）、直接设定值给定（Direct setpoint specification）、手动数据输入（MDI）。位置控制包括机械数据（Mechanics）、实际值处理（Actual position value prepara-tion）、位置控制器（Position controller）和监控（Monitoring），如图3-49所示。
图3-47 激活基本定位器
图3-48 单独激活位置控制器
2. 机械系统设置
在优化位置控制器前，首先要定标编码器信号，即负载旋转一圈对应的基本定位器中的长度，基本定位器通过一个中性的长度单位LU（LengthUnit）换算出轴的实际位置值，不管变频器控制的是线性位置还是旋转角度，变频器都采用长度单位LU。因此，首先应确定应用要求的分辨率，即一个长度单位LU对应多少距离或角度。LU的分辨率越高，位置控制的精度也就越高，但如果选择分辨率过高，位置实际值可能溢出，导致变频器输出故障，LU的分辨率应小于从编码器分辨率计算得出的最大分辨率。
如图3-50所示，编码器分辨率为512，细分分辨率为2 11 ，因此负载旋转一圈可设置的最大LU数为512*2 11 =1048576。根据轴的传动比以及编码器分辨率设置一圈对应的LU数，本例中负载的传动比为1:1，负载旋转一圈对应10000LU，如果负载旋转一圈为100mm，那么该设置的分辨率就为0.01mm。
图3-49 基本定位器功能
图3-50 设置机械数据
3. 极限值
在基本定位器极限值功能中可以设置运动对象运行属性的极限值，例如最大速度、最大加速度和最大加加速度，如图3-51所示，以及运动范围的极限值，即限位设置，包括硬限位和软限位，如图3-52所示。
4. 位置控制器优化
位置控制器包括一个PI调节器和位置控制器前馈控制，如图3-53、图3-54所示。
优化位置控制器时，必须使轴在位控模式下移动，然后通过跟随误差的时间变化等特性评估控制性能，主要优化比例增益和位置控制器前馈，积分时间常设为0。
与速度控制器类似，适当的位置控制器前馈可以减小PI调节器的偏差，使得其对于控制环中的干扰量响应更快。
图3-51 最大速度和加速度极限值
图3-52 限位开关设置
图3-53 位置控制器PI调节器
图3-54 位置控制器前馈控制
5. 监控误差设置（见图3-55）
图3-55 监控误差设置
在监控功能中，可以设置静止误差、定位误差和跟随误差，当运动对象运行过程中或者到达位置时，这些误差达到设定值，基本定位器就会输出响应的故障，如F07452，即跟随误差过大故障。
6. 回参考点设置（见图3-56）
回参考点是定位控制中最常用的功能之一，是联系机械位置与电气位置的桥梁。机械系统上电后，必须建立机械零点的绝对位置基准，这一过程称为回参考点，又称回零。当使用增量编码器检测位置时，变频器断电后位置值会丢失。在重新通电后变频器无法再确定轴位置和机器之间的关联，此时就需要执行回参考点，回参考点后变频器可以再次建立电气零点和机器零点之间的关联。当使用绝对值编码器作为位置检测时，在断电后位置值不会丢失，但需要检查整个行程是否已经超出绝对编码器的圈数，同时也需要标定一下参考点位置。
基本定位器提供4种回参考点方法，可通过回零功能进行设置，如图3-56所示：
1）主动回参考点：仅限增量编码器，使轴按照预设好的回零步骤进行主动回参考点，这是最常用的一种方法。需要规定回零方向、速度及回零位置值、偏置值等。
图3-56 回参考点设置
2）被动回参考点：所有编码器类型均可，变频器在运行过程中，当碰到回零开关的上升沿时，对实际位置进行设置。这种回零方式简单实用，非常适合于往返运动的应用，能够有效消除机械累积误差。
3）设置回参考点：所有编码器类型均可，将当前位置直接设置成参考点位置。
4）校准绝对值编码器：仅限绝对值编码器，将当前位置直接设置成参考点位置。
7. 手动方式
在调试初期，很多应用都会用手动方式即点动确定轴的运动方向是否与设置一致，或轴的机械数据设置是否正确，如图3-57所示。
图3-57 点动功能设置
在基本定位器中有两种点动方式，一种是速度方式，另一种是位置方式，可以通过点动功能中的引脚jogging incremental选择，同时可以设置点动的信号源、速度和相对行程，如图3-57所示。
8. 选择程序段
一个程序段（Travsering block）实际上是用于轴运行的一个指令，变频器可以保持有64个程序段，这些程序段通常按顺序依次执行，也可以选择跳过一些程序段。
每个程序段的设置包含以下单元，见表3-2。
在应用中需要每个程序段可以执行不同的任务，最终形成需要的运动轨迹，程序段的任务和参数含义见表3-3。
每个程序段执行完之后如何转接到下一程序段也关系到运动轨迹的准确性，程序段转接条件的含义见表3-4。
在基本定位器中，可通过程序段功能进行相应设置，如图3-58所示。
表3-2 每个程序段的设置单元
表3-3 程序段的任务和参数含义
表3-4 程序段转接条件的含义
（续）
图3-58 程序步设置
9. 运行到固定停止点
运行到固定停止点为程序段的一个功能，利用该功能，变频器可使一个机器部件向另一个固定部件移动，并用设定转矩将这两个部件夹在一起。如图3-59所示，可以在程序段中选择运行到固定停止点任务，在任务参数p2622中设置夹紧转矩，还可以设定运动参数，如位置、速度、加速度倍率和减速度倍率。另外，可以为固定点设置一个监控窗口，防止在驱动离开固定点停止后超出该范围运行。
图3-59 运行到固定挡块设置
在定位运行中，如果执行的运动程序段带FIXED STOP指令，则开始运行到固定停止点，轴从初始位置出发，以设定的速度逼近目标位置，目标位置必须远远位于固定停止点后方，即轴要在静止前到达固定停止点。在运行过程中，转矩限制、加速度/减速度倍率和速度倍率一直生效，但动态跟随误差监控失效。一旦驱动向固定停止点运行或位于固定停止点上，状态位r2683.14“运行到固定停止点生效”便置位。
一旦轴压住机械固定停止点，驱动中的闭环控制将增加转矩值继续移动此轴，该值将一直增加到极限值，然后保持不变。根据二进制互联输入p2637（已到达固定停止点）的设置，通过外部传感器或最大跟随误差两种方法来确定轴已到达固定挡块。外部通过二进制互联输入p2637上的信号被置位了，即“已到达固定停止点”（p2637 ≠r2526.4）；或者当跟随误差超出了最大滞后误差，此时状态位r2683.12（已到达固定停止点）置位。
在检测到固定停止点后，只要二进制互联输入p2553保持置位，驱动便保持“总速度设定值”r2562。速度闭环会根据存在的速度设定值保持设定转矩，固定停止点内达到了设定的夹紧转矩后，状态位r2683.13便置位。
一旦识别出“已到达固定停止点”状态，该任务便结束。程序段切换方式由任务设定决定。驱动会停留在固定停止点上，直到执行下一个定位任务或进入JOG方式。在下一个WAITING任务中，夹紧转矩也生效。如果设置了继续条件CONTINUE_EXTERNAL_WAIT，驱动便一直停留在固定停止点上，直到外部给出一个继续执行的信号。在驱动停留在固定停止点的期间，位置设定值会跟踪实际值，即两个数值相等。固定停止点监控和控制器使能都生效。
如果轴到达固定停止点后，脱离该位置且超出了为此设定的监控窗口p2635，则状态位r2683.12复位，同时速度设定值会设为0，并输出故障信息F07484（固定停止点超出监控窗口），故障响应为OFF3（紧急停止）。监控窗口可以由参数p2635设定。此时可以设置正向或负向的监控窗口，但必须设置合适，确保一旦轴脱离固定停止点，便输出故障。如果直到激活制动，都没有检测到“已到达固定停止点”信号，则输出故障信息F07485（未到达固定停止点），故障响应为OFF1；并取消转矩限制，中断程序段执行。
运行到固定停止点在工件夹紧或套筒拧紧等应用中有广泛的运用。
10. 设置模式（Direct setpoint input或Setup）和手动数据输入（MDI）模式
设置模式和手动数据输入是最常用的功能之一，驱动器根据设定的位置、速度、加速度、加加速度等参数运动，这些数据既可以在驱动器上直接设定，也可以在PLC上设定，通过通信传输给驱动器，这两种模式可以动态切换，其设置如图3-60所示。
图3-60 为1MDI设置
该功能主要包括以下参数：
1）“direct setpoint input/MDI selection”：信号为1时，功能被激活。
2）“direct setpoint input/MDI setting-up selection”：两种模式选择
0：MDI定位模式，即轴按设定的参数定位。
1：Setup设置模式，即轴按设定的速度移动。
3）“intermediate stop”立即停车
0：立即生效，按照设定的减速度立即停车。
1：不生效。
4）“reject traversing task”取消正在运行的程序：
0：立即生效，按照设定的最大减速度立即停车。
1：不生效。
5）“direct setpoint input/MDI positioning type”定位模式
0：相对定位。
1：绝对定位（轴必须已经回参考点）。
6）设置模式的轴运动方向：
“MDI direction selection,positive”=1：正向。
“MDI direction selection,negative”=1：负向。
两个位相同时，轴停止。
7）“Transfer type selection”数据传递模式：
1：连续接收模式，位置设定值可以动态修改，但不支持相对定位。
0：通过“Setpoint acceptance edge”使修改值生效。
设置速度倍率、加速度倍率、减速度倍率，可在运行中修改。
基本定位器EPOS能够提供高性能且精确的定位功能，它的灵活性高、适应性强，可广泛用于各种定位应用。该定位器操作简单，可在调试和生产期间轻松地完成各种定位任务，并且具有出色的综合监控功能。