基于位置式pid交流伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計

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1、.WORD完美.格式編輯.·關(guān)鍵詞：位置式PIDPID·摘要：本文采用一種位置式PID控制器,并將此應(yīng)用于交流伺服系統(tǒng)的控制中,設(shè)計了一種高精度的伺服控制系統(tǒng)，該控制器具有較完善的控制性能。仿真實驗的結(jié)果表明,采用該位置式PID控制的系統(tǒng)能克服傳統(tǒng)ID控制器的弊端。摘要：本文采用一種位置式PID控制器,并將此應(yīng)用于交流伺服系統(tǒng)的控制中,設(shè)計了一種高精度的伺服控制系統(tǒng)，該控制器具有較完善的控制性能。仿真實驗的結(jié)果表明,采用該位置式PID控制的系統(tǒng)能克服傳統(tǒng)ID控制器的弊端。通過調(diào)整PID控制參數(shù)，該系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快，超調(diào)小，較高的穩(wěn)定精度,魯棒性好，控制效果明顯。關(guān)鍵詞：交流伺

2、服；位置式PID；PID80年代初，開始了交流伺服電機為執(zhí)行元件的交流伺服控制系統(tǒng)的新時代，在交流伺服控制系統(tǒng)中，先出現(xiàn)了感應(yīng)式交流伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)，永磁交流伺服電動機的伺服系統(tǒng)，以及磁阻交流電動機等驅(qū)動系統(tǒng)。在上90年代初，又出現(xiàn)了具有直接驅(qū)動能力的各類直線伺服電動機及其驅(qū)動系統(tǒng)，揭開了交流直線伺服控制系統(tǒng)取代交流旋轉(zhuǎn)伺服控制系統(tǒng)的序幕，其中以永磁交流伺服電動機驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展最快。隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)、電機磁性材料的不斷發(fā)展，交流伺服控制逐漸成為工廠自動化領(lǐng)域中運動控制的主流[2]。隨著現(xiàn)代交流調(diào).技術(shù)資料.專業(yè)整理..WORD完美.格式編輯.速技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種新型控

3、制算法，如自適應(yīng)控制、專家系統(tǒng)、智能控制等[3]。從理論方面分析，許多控制策略都能實現(xiàn)良好的電機動態(tài)、靜態(tài)特性，但是由于算法本身的復(fù)雜性，而且對系統(tǒng)進行模型辨識比較麻煩，因此，在實際系統(tǒng)中實現(xiàn)困難。對于傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器而言，位置式PID其最大的優(yōu)點在于算法簡單、參數(shù)易于整定、具有較強的魯棒性，而且適應(yīng)性強、可靠性高，這些特點使位置式PID控制器在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用常規(guī)PID控制器不能達到理想的控制效果，而且在實際生產(chǎn)現(xiàn)場中，由于受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾，常規(guī)PID控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對運行的工況的適應(yīng)性很差。此外，隨著控制理論的發(fā)展，出現(xiàn)了各種

4、分支，如專家系統(tǒng)、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色系統(tǒng)理論等，它們和傳統(tǒng)的PID控制策略相結(jié)合又派生出各種新型的PID類控制器，[4]很多算法都大大改進了傳統(tǒng)PID控制器的性能。1交流伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)位置控制系統(tǒng)通常采用半閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，即以伺服電機軸的角位移作為系統(tǒng)的位置反饋，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的特點。該系統(tǒng)主要包含三部分，圖1為半閉環(huán)交流伺服位置控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。.技術(shù)資料.專業(yè)整理..WORD完美.格式編輯.圖1半閉環(huán)交流伺服位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1）交流伺服驅(qū)動器及伺服電機。交流伺服驅(qū)動器速度環(huán)的輸入為位置板的位置誤差信號，按PI控制規(guī)律對電機轉(zhuǎn)速進行控制。安裝在電機上的光電編碼器將

5、電機軸的角位移以脈沖的形式反饋至位置板。（2）控制板。計算機按固定的時間間隔(通常為幾毫秒)產(chǎn)生中斷，訪問位置控制接口板時，在對應(yīng)軸的脈沖緩沖器中寫入下一個周期的位置增量。位置環(huán)的給定位置增量以串行脈沖形式輸入，PID控制器僅將串行脈沖轉(zhuǎn)換為并行，其值與時間因素?zé)o關(guān)，即它不起積分器的作用。位置控制板主要完成位置反饋脈沖信號的各種變換、位置偏差計算與累積、D/A輸出以及定時中斷與累積誤差溢出中斷管理等功能。（3）傳動機械及工作臺。該部分作為電機的負載，對控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)有較大的影響，其中分布了系統(tǒng)的非線性因素。.技術(shù)資料.專業(yè)整理..WORD完美.格式編輯.2位置PID算法計算機

6、進入控制領(lǐng)域以來，用數(shù)字計算機代替模擬計算機調(diào)節(jié)器組成計算機控制系統(tǒng)，不但能夠用軟件實現(xiàn)PID控制算法，而且由于計算機的邏輯功能，使PID控制更加靈活。因而在機電、冶金等行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。通過偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進行控制。PID控制器原來是作為過程控制的補償器而開發(fā)的，由于其簡單易用，現(xiàn)在不僅是過程控制，而且在伺服控制系統(tǒng)中也得到了廣泛的應(yīng)用[5]。但是隨著微處理器的廣泛應(yīng)用，通過軟件也可以實現(xiàn)復(fù)雜而且高精度的控制，并且在一些高性能機器中實現(xiàn)了全軟件的伺服控制，而本文中將要提到的方法也是通過軟件技術(shù)來實現(xiàn)[6]。在計算機控制

7、系統(tǒng)中，使用的是數(shù)字PID控制器，數(shù)字PID控制算法通常又分為位置式PID控制算法和增量式PID控制算法[7]。計算機控制系統(tǒng)是一種采樣控制，它根據(jù)采樣時刻的偏差計算控制量。因此，需要采用離散化方法。在計算機PID控制中，使用的是數(shù)字PID控制器。按模擬PID控制算法，以一系列的采樣時刻點kT代表連續(xù)時間t,以矩形法數(shù)值積分近似代替積分，以一階后向差分近似代替微分，即[8].技術(shù)資料.專業(yè)整理..WORD完美.格式編輯.在離散化過程中，采樣周期T必須足夠短，才能保證有足夠的精度。將error