沟通位置伺服系统PID控制方法实现.docx

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1、沟通位置伺服系统PID控制方法实现ronggang导语：沟通伺服系统在制造业控制领域得到广泛应用，分析了位置伺服系统的组成，主要介绍了数字位置环的PID器改良控制算法以及参数整定方法。摘要：沟通伺服系统在制造业控制领域得到广泛应用，分析了位置伺服系统的组成，主要介绍了数字位置环的PID器改良控制算法以及参数整定方法。实际应用说明：选择公道的PID参数可以知足控制系统响应速度快、速度精度高、鲁棒性强的要求。关键词：沟通伺服控制；控制算法；PID调节沟通伺服系统在制造业控制中得到了更加广泛的应用，对控制的要求表达在响应速度快、速度精度高、调速范围宽、加减速性能好。随着计算机技术、电子技术、电机磁性

2、材料的不断开展，沟通伺服控制逐渐成为工厂自动化领域中运动控制的主流1，有关各种新型控制算法不断涌现，如自适应控制、磁场定向控制及直接转矩控制、智能控制等。但是，传统的PID控制方法以其实现的方便可靠性还是其它控制算法的根底。一、系统组成原理系统的整体构造如图1所示。该系统由四局部组成，即微机、伺服控制卡、沟通伺服调速系统、传感检测。主控微机与控制卡相连，可以通过数据线发送位置或者速度命令，设定PID调节参数，并进展数模D/A转换，该模拟信号经过沟通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，通过光电码盘提供反应信号A、B、IN脉冲来完成位置伺服系统的位置反应，组成一个半闭环系统

3、。一般将光电码盘装在电机非负载轴的轴端上，便于安装和防止机械部件振动和变形对位置控制系统产生不利影响。位置反应环中传感元件增量式光电编码器将运动构件实时的位移或者转角变化量以A、B相差分脉冲形式长线传输到现场控制站PC机中进展编码器脉冲计数，以获得数字化位置信息，主控微机计算给定位置与实际位置即反应到的位置的偏向后，根据偏向范围采取相应的PID控制策略，将数字控制作用经数模转换变成模拟控制电压，并输出给伺服放大器，最终调节电机运动，完成期望值的定位。二、伺服控制方法工业控制中常用的方法是PID调节器，尽管随着当代沟通调速技术的开展，出现了各种新型控制算法，如自适应控制、专家系统、智能控制等2。

4、从理论分析，很多控制策略都能实现良好的电机动静态特性，但是由于算法本身的复杂性，而且对系统进展模型辨识比拟费事，因此，在实际系统中实现时困难，对于传统的PID调节器而言，其最大的优点在于算法简单，参数易于整定，具有较强的鲁棒性3，而且适应性强，可靠性高，这些特点使PID控制器在工业控制领域得到广泛的应用。对于数控系统中的控制对象而言并不复杂，用PID调节器更易实现预期效果。1、位置环PID控制算法在数字PID调节控制系统中，引入积分环节的目的是为了消除静差，进步精度，但在经过的开场、完毕或者大幅增加设定值时，会产生积分积累，引起系统较大的超调，甚至振荡，这对于伺服电机的运行来讲是不利的。为减小

5、电机在运行经过中积分校正对控制系统动态性能的影响，采用积分别离PID控制正当其时，当电机的实阶位置与期望位置的误差小于一定位值时，再恢复积分校正环节，以便消除系统的稳态误差。积分别离PID控制算法需设定积分别离阀，当|ek|时，即偏向值较大时，采用PD控制，减少超调量，使系统有较快响应；当|ek|时，即偏向值比拟小时，采用PID控制，以保证伺服电机位置控制精度。离散化PID控制算式为：其中，k为采样序号，k=0，1，2；Kp、Ki、Kd分别表示比例、积分、微分系数。在实际中，假设执行机构需要的是控制量的增量，根据递堆原理可得增量式PID控制算式为：2、位置环控制算法流程图2所示为控制算法流程图

6、。3、控制系统参数的整定主控微机向控制卡发送PID参数，看给定的参数是否符合控制系统的要求，该经过需用参数整定实现。参数整定的主要任务是确定Kp、Ki、Kd及采样周期T，比例系数Kp增大，使伺服驱动系统的动作灵敏、响应加快，而过大会引起振荡，调节时间加长；积分系数Ki增大，能消除系统稳态误差，但稳定性下降；微分控制可以改善动态特性，使超调量减少，调整时间缩短。通常的方法有扩大临界比例度法和扩大响应曲线法，以及归一参数整定方法。这几种方法源于使用齐格勒-尼柯尔斯Ziegler-Nichols规那么4，通常可以为沟通伺服系统的模型为一阶带有延迟环节的模型带滞后的一阶环节：式中的一阶响应特征参数K、

7、L和T可以由图3所示的S型响应曲线提取出来。求取这些参数对实际系统并不困难，可以通过对系统进展阶跃输入鼓励，得到响应曲线，再根据曲线求出其特征参数。于是可由Ziegler-Nichols整定规那么得到：align=center/align数字系统中采样周期的选择与系统的稳定性亲密相关。一方面要知足香农定理，即s2max，实际系统输入及反应的最大频率max难以测定，另一方面采样周期并没有一个准确的计算公式，只能根据工程应用按经历规那么选取，对于机电控制系统，要求较短采样周期，通常为几十毫秒。对于沟通位置伺服控制系统而言，采用基于PC机的开发平台，用常规的PID调节器进展控制，只要参数整定适当，加之系统的机械精度运动轴、齿轮、电机丝杠传动化控制在一定误差范围内，电气控制精度编码器脉冲就可得到进步，鲁棒性强，可以在很多场合到达较高精度位置控制的要求。0