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文檔簡介

1、. 伺服電機增益調(diào)整的原理及方法實際上私服電機的電流,速度,位置三環(huán)控制,其中的每一個環(huán)節(jié)基本上控制原則都可以采用PID控制,或是其他的控制算法,我不是很清楚你的增益調(diào)整指的是什么?,一般來說對于PID里面來講,增益應(yīng)該就是P的作用,就是一個簡單的比例控制環(huán)節(jié),結(jié)合積分和微分,從而實現(xiàn)PID的整定。按理說如果能夠調(diào)整好PID的三個參數(shù),那么你的控制系統(tǒng)一定就可以穩(wěn)定工作了。我有個總結(jié):PID的基本作用如下:比例(P)控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-state error)。 積分(I)控制 在積分

2、控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng),如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)(System with Steady-state Error)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分,隨著時間的增加,積分項會增大。這樣,即便誤差很小,積分項也會隨著時間的增加而加大,它推動控制器的輸出增大使態(tài)誤差進一步減小,直到等于零。因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 微分(D)控制 在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。 自動控制系統(tǒng)

3、在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后(delay)組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”,即在誤差接近零時,抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說,在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的,比例項的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項”,它能預(yù)測誤差變化的趨勢,這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負值,從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象,比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。 最后,在結(jié)合各

4、種先進的控制算法,比如遺傳算法GA,模擬退火算法SA,禁忌搜索算法TS,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN等等,從而實現(xiàn)各種控制方案,不過工程上面的還是以PID為主,容易實現(xiàn),而且效果明顯。自動增益調(diào)整(pr21設(shè)置為1)下,剛性是通過調(diào)節(jié)pr22參數(shù)來提高響應(yīng)性的,而且pr20慣量比也是自行整定的,但由于大部分機械機構(gòu)不是很合理會導(dǎo)致整定出來的慣量比很高,剛性就加不上去。所以如果自動增益調(diào)整不行的話,還是手動增益調(diào)整(pr21=0)來調(diào)節(jié),通過調(diào)節(jié)pr10,11,12,14,運動伺服一般都是三環(huán)控制系統(tǒng),從內(nèi)到外依次是電流環(huán)速度環(huán)位置環(huán)。 1、首先電流環(huán):電流環(huán)的輸入是速度環(huán)PID調(diào)節(jié)后的那個輸出,我們稱為“電

5、流環(huán)給定”吧,然后呢就是電流環(huán)的這個給定和“電流環(huán)的反饋”值進行比較后的差值在電流環(huán)內(nèi)做PID調(diào)節(jié)輸出給電機,“電流環(huán)的輸出”就是電機的每相的相電流,“電流環(huán)的反饋”不是編碼器的反饋而是在驅(qū)動器內(nèi)部安裝在每相的霍爾元件(磁場感應(yīng)變?yōu)殡娏麟妷盒盘枺┓答伣o電流環(huán)的。2、速度環(huán):速度環(huán)的輸入就是位置環(huán)PID調(diào)節(jié)后的輸出以及位置設(shè)定的前饋值,我們稱為“速度設(shè)定”,這個“速度設(shè)定”和“速度環(huán)反饋”值進行比較后的差值在速度環(huán)做PID調(diào)節(jié)(主要是比例增益和積分處理)后輸出就是上面講到的“電流環(huán)的給定”。速度環(huán)的反饋來自于編碼器的反饋后的值經(jīng)過“速度運算器”得到的。3、位置環(huán):位置環(huán)的輸入就是外部的脈沖(通常

6、情況下,直接寫數(shù)據(jù)到驅(qū)動器地址的伺服例外),外部的脈沖經(jīng)過平滑濾波處理和電子齒輪計算后作為“位置環(huán)的設(shè)定”,設(shè)定和來自編碼器反饋的脈沖信號經(jīng)過偏差計數(shù)器的計算后的數(shù)值在經(jīng)過位置環(huán)的PID調(diào)節(jié)(比例增益調(diào)節(jié),無積分微分環(huán)節(jié))后輸出和位置給定的前饋信號的合值就構(gòu)成了上面講的速度環(huán)的給定。位置環(huán)的反饋也來自于編碼器。編碼器安裝于伺服電機尾部,它和電流環(huán)沒有任何聯(lián)系,他采樣來自于電機的轉(zhuǎn)動而不是電機電流,和電流環(huán)的輸入、輸出、反饋沒有任何聯(lián)系。而電流環(huán)是在驅(qū)動器內(nèi)部形成的,即使沒有電機,只要在每相上安裝模擬負載(例如電燈泡)電流環(huán)就能形成反饋工作。 談?wù)凱ID各自對差值調(diào)節(jié)對系統(tǒng)的影響:1、單獨的P(

7、比例)就是將差值進行成比例的運算,它的顯著特點就是有差調(diào)節(jié),有差的意義就是調(diào)節(jié)過程結(jié)束后,被調(diào)量不可能與設(shè)定值準確相等,它們之間一定有殘差,殘差具體值您可以通過比例關(guān)系計算出。增加比例將會有效減小殘差并增加系統(tǒng)響應(yīng),但容易導(dǎo)致系統(tǒng)激烈震蕩甚至不穩(wěn)定。2、單獨的I(積分)就是使調(diào)節(jié)器的輸出信號的變化速度與差值信號成正比,大家不難理解,如果差值大,則積分環(huán)節(jié)的變化速度大,這個環(huán)節(jié)的正比常數(shù)的比例倒數(shù)我們在伺服系統(tǒng)里通常叫它為積分時間常數(shù),積分時間常數(shù)越小意味著系統(tǒng)的變化速度越快,所以同樣如果增大積分速度(也就是減小積分時間常數(shù))將會降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度,直到最后出現(xiàn)發(fā)散的震蕩過程,。這個環(huán)節(jié)最大

8、的好處就是被調(diào)量最后是沒有殘差的。3、PI(比例積分)就是綜合P和I的優(yōu)點,利用P調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響,同時利用I調(diào)節(jié)消除殘差。4、單獨的D(微分)就是根據(jù)差值的方向和大小進行調(diào)節(jié)的,調(diào)節(jié)器的輸出與差值對于時間的導(dǎo)數(shù)成正比,微分環(huán)節(jié)只能起到輔助的調(diào)節(jié)作用,它可以與其他調(diào)節(jié)結(jié)合成PD和PID調(diào)節(jié)。它的好處是可以根據(jù)被調(diào)節(jié)量(差值)的變化速度來進行調(diào)節(jié),而不要等到出現(xiàn)了很大的偏差后才開始動作,其實就是賦予了調(diào)節(jié)器以某種程度上的預(yù)見性,可以增加系統(tǒng)對微小變化的響應(yīng)特性。伺服的電流環(huán)的PID常數(shù)一般都是在驅(qū)動器內(nèi)部設(shè)定好的,操作使用者不需要更改。速度環(huán)主要進行PI(比例和積分),比例就是增益,所以我

9、們要對速度增益和速度積分時間常數(shù)進行合適的調(diào)節(jié)才能達到理想效果。位置環(huán)主要進行P(比例)調(diào)節(jié)。對此我們只要設(shè)定位置環(huán)的比例增益就好了。位置環(huán)、速度環(huán)的參數(shù)調(diào)節(jié)沒有什么固定的數(shù)值,要根據(jù)外部負載的機械傳動連接方式、負載的運動方式、負載慣量、對速度、加速度要求以及電機本身的轉(zhuǎn)子慣量和輸出慣量等等很多條件來決定,調(diào)節(jié)的簡單方法是在根據(jù)外部負載的情況進行大體經(jīng)驗的范圍內(nèi)將增益參數(shù)從小往大調(diào),積分時間常數(shù)從大往小調(diào),以不出現(xiàn)震動超調(diào)的穩(wěn)態(tài)值為最佳值進行設(shè)定。當進行位置模式需要調(diào)節(jié)位置環(huán)時,最好先調(diào)節(jié)速度環(huán)(此時位置環(huán)的比例增益設(shè)定在經(jīng)驗值的最小值),調(diào)節(jié)速度環(huán)穩(wěn)定后,在調(diào)節(jié)位置環(huán)增益,適量逐步增加,位置

10、環(huán)的響應(yīng)最好比速度環(huán)慢一點,不然也容易出現(xiàn)速度震蕩。一般伺服都有三種控制方式:速度控制方式,轉(zhuǎn)矩控制方式,位置控制方式 . 1、轉(zhuǎn)矩控制:轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小,具體表現(xiàn)為例如10V對應(yīng)5Nm的話,當外部模擬量設(shè)定為5V時電機軸輸出為2.5Nm:如果電機軸負載低于2.5Nm時電機正轉(zhuǎn),外部負載等于2.5Nm時電機不轉(zhuǎn),大于2.5Nm時電機反轉(zhuǎn)(通常在有重力負載情況下產(chǎn)生)??梢酝ㄟ^即時的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小,也可通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。應(yīng)用主要在對材質(zhì)的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中,例如饒線裝置

11、或拉光纖設(shè)備,轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。2、位置控制:位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小,通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度,也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制,所以一般應(yīng)用于定位裝置。3、速度模式:通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉(zhuǎn)動速度的控制,在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度模式也可以進行定位,但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號,此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉(zhuǎn)速,

12、位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了,這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差,增加整個系統(tǒng)的定位精度。4、談?wù)?環(huán),伺服電機一般為三個環(huán)控制,所謂三環(huán)就是3個閉環(huán)負反饋PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。最內(nèi)的PID環(huán)就是電流環(huán),此環(huán)完全在伺服驅(qū)動器內(nèi)部進行,通過霍爾裝置檢測驅(qū)動器給電機的各相的輸出電流,負反饋給電流的設(shè)定進行PID調(diào)節(jié),從而達到輸出電流盡量接近等于設(shè)定電流,電流環(huán)就是控制電機轉(zhuǎn)矩的,所以在轉(zhuǎn)矩模式下驅(qū)動器的運算最小,動態(tài)響應(yīng)最快。第2環(huán)是速度環(huán),通過檢測的電機編碼器的信號來進行負反饋PID調(diào)節(jié),它的環(huán)內(nèi)PID輸出直接就是電流環(huán)的設(shè)定,所以速度環(huán)控制時就包含了速度環(huán)和電流環(huán),換句話說任何模

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