交流伺服系統(tǒng)在制造業(yè)中的應(yīng)用
| 交流伺服系統(tǒng)在制造業(yè)控制中得到了更加廣泛的應(yīng)用，對控制的要求體現(xiàn)在響應(yīng)速度快、速度精度高、調(diào)速范圍寬、加減速性能好。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、電機(jī)磁性材料的不斷發(fā)展，交流伺服控制逐漸成為工廠自動化領(lǐng)域中運(yùn)動控制的主流。 一、系統(tǒng)組成原理 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
二、伺服控制方法 工業(yè)控制中常用的方法是PID調(diào)節(jié)器，盡管隨著現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種新型控制算法，如自適應(yīng)控制、專家系統(tǒng)、智能控制等〔2〕。從理論分析，許多控制策略都能實(shí)現(xiàn)良好的電機(jī)動靜態(tài)特性，但是由于算法本身的復(fù)雜性，而且對系統(tǒng)進(jìn)行模型辨識比較麻煩，因此，在實(shí)際系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)時(shí)困難，對于傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器而言，其******的優(yōu)點(diǎn)在于算法簡單，參數(shù)易于整定，具有較強(qiáng)的魯棒性〔3〕，而且適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性高，這些特點(diǎn)使PID控制器在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。對于數(shù)控系統(tǒng)中的控制對象而言并不復(fù)雜，用PID調(diào)節(jié)器更易實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。 1、位置環(huán)PID控制算法 在數(shù)字PID調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)中，引入積分環(huán)節(jié)的目的是為了消除靜差，提高精度，但在過程的開始、結(jié)束或大幅增加設(shè)定值時(shí)，會產(chǎn)生積分積累，引起系統(tǒng)較大的超調(diào)，甚至振蕩，這對于伺服電機(jī)的運(yùn)行來說是不利的。為減小電機(jī)在運(yùn)行過程中積分校正對控制系統(tǒng)動態(tài)性能的影響，采用積分分離PID控制正當(dāng)其時(shí)，當(dāng)電機(jī)的實(shí)階位置與期望位置的誤差小于一定位值時(shí)，再恢復(fù)積分校正環(huán)節(jié)，以便消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 積分分離PID控制算法需設(shè)定積分分離閥ε，當(dāng)|e(k)|>ε時(shí)，即偏差值較大時(shí)，采用PD控制，減少超調(diào)量，使系統(tǒng)有較快響應(yīng);當(dāng)|e(k)|≤ε時(shí)，即偏差值比較小時(shí)，采用PID控制，以保證伺服電機(jī)位置控制精度。 離散化PID控制算式為：
其中，k為采樣序號，k=0，1，2…;Kp、Ki、Kd分別表示比例、積分、微分系數(shù)。在實(shí)際中，若執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量，根據(jù)遞堆原理可得增量式PID控制算式為：
2、位置環(huán)控制算法流程 圖2所示為控制算法流程圖。
主控微機(jī)向控制卡發(fā)送PID參數(shù)，看給定的參數(shù)是否符合控制系統(tǒng)的要求，該過程需用參數(shù)整定實(shí)現(xiàn)。參數(shù)整定的主要任務(wù)是確定Kp、Ki、Kd及采樣周期T，比例系數(shù)Kp增大，使伺服驅(qū)動系統(tǒng)的動作靈敏、響應(yīng)加快，而過大會引起振蕩，調(diào)節(jié)時(shí)間加長;積分系數(shù)Ki增大，能消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，但穩(wěn)定性下降;微分控制可以改善動態(tài)特性，使超調(diào)量減少，調(diào)整時(shí)間縮短。通常的方法有擴(kuò)充臨界比例度法和擴(kuò)充響應(yīng)曲線法，以及歸一參數(shù)整定方法。這幾種方法源于使用齊格勒-尼柯爾斯(Ziegler-Nichols規(guī)則)〔4〕，通?？烧J(rèn)為交流伺服系統(tǒng)的模型為一階帶有延遲環(huán)節(jié)的模型(帶滯后的一階環(huán)節(jié))：
數(shù)字系統(tǒng)中采樣周期的選擇與系統(tǒng)的穩(wěn)定性密切相關(guān)。一方面要滿足香農(nóng)定理，即ωs≥2ωmax，實(shí)際系統(tǒng)輸入及反饋的******頻率ωmax難以測定，另一方面采樣周期并沒有一個(gè)精確的計(jì)算公式，只能根據(jù)工程應(yīng)用按經(jīng)驗(yàn)規(guī)則選取，對于機(jī)電控制系統(tǒng)，要求較短采樣周期，通常為幾十毫秒。 |
