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交换伺服系统PID掌握要领实现
2012-11-26

交换伺服系统正在制造业掌握中得到了越发普遍的运用,对掌握的要求表现正在相应速度快、速度精度下、调速局限宽、加减速机能好。跟着计算机技术、电子技术、机电磁性材料的不断发展,交换伺服掌握逐步成为工场自动化发域中活动掌握的支流〔1〕,有关种种新型掌握算法络续出现,如自适应掌握、磁场定向掌握及间接转矩掌握、智能掌握等。然则,传统的PID掌握要领以其实现的轻易可靠性仍是别的掌握算法的根蒂根基。

一、体系构成道理
 体系的整体构造如图1所示。

  该体系由四局部构成,即微机、伺服掌握卡、交换伺服调速体系、传感检测。主控微机取掌握卡相连,能够经由过程数据线发送位置或速度下令,设定PID调治参数,并停止数模(D/A)转换,该模仿旌旗灯号经由交换伺服放大器放大后驱动伺服电动机。电机轴端装有增量式光电码盘,经由过程光电码盘供应反应旌旗灯号(A、B、IN脉冲)去完成位置伺服系统的位置反应,构成一个半闭环体系。一样平常将光电码盘装正在机电非负载轴的轴端上,便于安装和制止机器部件振动和变形对位置控制系统发生晦气影响。位置反应环中传感元件—增量式光电编码器将活动构件及时的位移(或转角)转变量以A、B相差分脉冲情势长线传输到现场控制站(PC机)中停止编码器脉冲计数,以得到数字化位置信息,主控微机盘算给定位置取现实位置(即反应到的位置)的偏向后,凭据偏向局限接纳响应的PID掌握战略,将数字控制感化经数模转换酿成模仿掌握电压,并输出给伺服放大器,终究调治机电活动,完成期望值的定位。

二、伺服掌握要领

    产业掌握中常用的要领是PID调节器,只管跟着当代交换调速手艺的生长,泛起了种种新型掌握算法,如自适应掌握、专家系统、智能掌握等〔2〕。从实际剖析,很多掌握战略皆能实现优越的机电动静态特性,然则因为算法自己的复杂性,并且对体系停止模子辨识对照贫苦,因而,正在现实体系中实现时难题,关于传统的PID调节器而言,其最大的长处在于算法简朴,参数易于整定,具有较强的鲁棒性〔3〕,并且适应性强,可靠性下,这些特性使PID控制器正在产业掌握范畴获得普遍的运用。关于数控系统中的掌握工具而言其实不庞大,用PID调节器更易实现预期结果。
1、位置环PID掌握算法
      正在数字PID调治控制系统中,引入积分环节的目标是为了消弭静差,进步精度,但正在历程的最先、完毕或大幅增添设定值时,会发生积分积聚,引发体系较大的超调,以至振荡,那关于伺服机电的运转去说是晦气的。为减小机电正在运转历程中积分校订对控制系统静态机能的影响,接纳积分星散PID掌握合理当时,当机电的真阶位置取希冀位置的偏差小于一定位值时,再规复积分校订环节,以便消弭体系的稳态偏差。
    积分星散PID掌握算法需设定积分星散阀ε,当|e(k)|>ε时,即偏向值较大时,接纳PD掌握,削减超调量,使体系有较快相应;当|e(k)|≤ε时,即偏向值对照小时,接纳PID掌握,以包管伺服机电位置掌握精度。

    离散化PID掌握算式为:


个中,k为采样序号,k=0,1,2…;Kp、Ki、Kd离别示意比例、积分、微分系数。正在现实中,若执行机构需求的是掌握量的增量,凭据递堆道理可得增量式PID掌握算式为:

2、位置环掌握算法流程

图2所示为掌握算法流程图。


3、控制系统参数的整定

    主控微机背掌握卡发送PID参数,看给定的参数是不是相符控制系统的要求,该历程需用参数整定实现。参数整定的主要任务是肯定Kp、Ki、Kd及采样周期T,比例系数Kp增大,使伺服驱动体系的行动敏捷、相应加速,而过大会引发振荡,调治工夫加长;积分系数Ki增大,能消弭体系稳态偏差,但稳定性下落;微分掌握能够改进静态特性,使超调量削减,调解工夫收缩。一般的要领有扩大临界比例度法和扩大相应曲线法,和归一参数整定要领。这几种要领源于运用齐格勒-尼柯尔斯(Ziegler-Nichols划定规矩)〔4〕,一般可以为交换伺服系统的模子为一阶带有提早环节的模子(带滞后的一阶环节):


式中的一阶相应特性参数K、L和T能够由图3所示的S型相应曲线提取出来。求取这些参数对现实体系其实不难题,能够经由过程对体系停止阶跃输入鼓励,获得相应曲线,再凭据曲线求出其特性参数。因而可由Ziegler-Nichols整定划定规矩获得:
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数字体系中采样周期的挑选取体系的稳定性亲切相干。一方面要知足香农定理,即ωs≥2ωmax,现实体系输入及反应的最大频次ωmax难以测定,另一方面采样周期并没有一个准确的盘算公式,只能凭据工程运用按履历划定规矩拔取,关于电机控制系统,要求较短采样周期,一般为几十毫秒。

三、结论
        关于交换位置伺服控制系统而言,接纳基于PC机的开辟平台,用通例的PID调节器停止掌握,只要参数整定恰当,加上体系的机器精度(活动轴、齿轮、机电丝杠传动化)掌握正在肯定偏差范围内,电气控制精度(编码器脉冲)便可得到进步,鲁棒性强,能够正在许多场所到达较高精度位置掌握的要求。