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4.1 PID調(diào)試

基于PMAC的運(yùn)動(dòng)控制卡的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)全數(shù)字的伺服系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)可以滿足高精度和高速度的要求。閉環(huán)伺服系統(tǒng)由位置環(huán)和速度環(huán)組成[4°]。位置環(huán)包括位置控制模塊、位置檢測(cè)和反饋裝置；速度環(huán)包括伺服電動(dòng)機(jī)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、速度測(cè)量和反饋裝置[4()]。

1.PMAC的PID控制

PID (proportional gain 、integral gain、derivative gain)控制算法是一種在工業(yè)自動(dòng)

化領(lǐng)域起到重要作用的經(jīng)典控制算法，非常好的自動(dòng)控制理論里面的最為基礎(chǔ)的。PMAC 運(yùn)動(dòng)控制器中給用戶和開(kāi)發(fā)者提供了 “PID+速度/加速度前饋+NOTCH濾波”的控制環(huán)算法[41]。典型PMAC內(nèi)部PID +陷波濾波器算法原理圖如圖4-1所示，表4-1表示PMAC 的PID控制算法相關(guān)參數(shù)[42]。

其中 Kp: Proportional Gain (1x30 比例增益)；Kd: Derivative Gain (1x31 微分增益)；

Kvff: Vel Feedforward Gain(Ix32 速度前饋)；Ki: Integral Gain(Ix33 積分增益)；IM: Integration

Mode (Ix34 積分模式)；Kaff：Acceleration Feedforward Gain(Ix35 加速度前饋)。

表4-1 PM AC的pro控制算法參數(shù)

變量	參數(shù)	作用	數(shù)值影響
1x30	p參數(shù)，比例增益	提供系統(tǒng)所需的剛度	數(shù)值越大，系統(tǒng)剛性越好，但太大會(huì) 產(chǎn)生振蕩。太小系統(tǒng)會(huì)反應(yīng)延遲。
1x33	I參數(shù)，積分增益	用于消除穩(wěn)態(tài)誤差	與1x63時(shí)間積分誤差有關(guān)：如果輸出飽滿，1x33無(wú)效
1x31	D參數(shù)，微分增姐	用于提供足夠的阻尼來(lái)保證系統(tǒng)穩(wěn)定	數(shù)值越大，阻尼越大，系統(tǒng)越穩(wěn)定
1x32	速度前饋	減小由于微分增益所引起的跟	對(duì)電流環(huán),1x32應(yīng)等于或略大于1x31。
1x32	速度前饋	隨誤差	對(duì)速度環(huán)，1x32應(yīng)遠(yuǎn)大于1x31
1x35	加速度前饋	減小由于系統(tǒng)慣性所帶來(lái)的跟隨誤差	反應(yīng)滯后特別明顯時(shí)，增加1x35
1x68	摩擦增益	減小由于摩擦產(chǎn)生的跟隨誤差，	該變量正比于要求速度的符號(hào)，速度為正，1x68被加進(jìn)輸出，速度為負(fù)， 1x68從輸出中減去。
1x34	積分模式	決定積分增益是全程有效還是	1x34=0積分增益全程有效1x34= 1積
1x34	積分模式	只在控制速度為0時(shí)才有效	分增益只有在控制速度為0時(shí)有效

2. PMAC的PID調(diào)節(jié)

利用PMAC提供的PmacTuningPro軟件對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行PID參數(shù)整定調(diào)節(jié)。 PMACTuningPro提供了 PID自動(dòng)整定功能AutoTuning，但在有負(fù)載的情況下，自整定并

不一定能夠達(dá)到最理想的狀態(tài)，仍需要手動(dòng)整定伺服環(huán)參數(shù)。圖4-2為PID參數(shù)集成整定

對(duì)話框。

PID參數(shù)可以由計(jì)算或者實(shí)驗(yàn)的方法得到，理論計(jì)算的方法有一定的缺陷，所以很多時(shí)候還是要利用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整定。最常用的兩種信號(hào)源是階躍位置信號(hào)和拋物線速度信號(hào)，階躍響應(yīng)主要是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的PID參數(shù)，而拋物線響應(yīng)主要是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，包括速度前饋和加速度前饋，通過(guò)多次試驗(yàn)，取其最佳值[43]。

以1號(hào)電機(jī)為例，將其PID參數(shù)設(shè)置為0，階躍響應(yīng)曲線整定曲線如圖4-3所示：a)、 b)比例增益Kp從200開(kāi)始逐漸增加，響應(yīng)時(shí)間（Rise Time)明顯縮短，當(dāng)Kp增大到一定程度時(shí)，響應(yīng)時(shí)間又會(huì)延長(zhǎng)并且出現(xiàn)震蕩，取響應(yīng)時(shí)間最短時(shí)的值作為Kp的值。此時(shí)，電機(jī)有一定的超調(diào)（OverShoot)現(xiàn)象，我們加入Kd=2Kp，超調(diào)變?yōu)?，響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，逐漸減小Kd的值，直到響應(yīng)時(shí)間達(dá)到b)中的值，如c)所示，已經(jīng)比較接近理想值。再給予Ki 一個(gè)較小值時(shí)，超調(diào)由0.6%降為0.1%，如d)所示，此時(shí)響應(yīng)時(shí)間達(dá)到最小，帶寬（Natural Freq)最大，超調(diào)接近于0,達(dá)到系統(tǒng)的理想狀態(tài)。

拋物線信號(hào)響應(yīng)曲線整定見(jiàn)圖4-5，圖a)中Kvff為零時(shí)，伴隨誤差（圖中藍(lán)色線）約為300cts,伴隨誤差線與指令速度線同相同位。加入速度前饋，令Kvff=10000,可以發(fā)現(xiàn), 此時(shí)伴隨誤差線反向，如圖b)。需取其中間值，使伴隨誤差位于0附近，如圖c)所示，此時(shí)伴隨誤差主要是由系統(tǒng)慣性帶來(lái)，最大誤差集中發(fā)生拋物線加速度最大處，逐漸加入 Kaff可以減小這類誤差[44]。由于系統(tǒng)存在摩擦，還需要加入適當(dāng)?shù)哪Σ燎梆仯Σ燎梆?/span>Kvff，最終結(jié)果如圖d)所示，最大伴隨誤相等為止，可以根據(jù)曲線誤差的方向適當(dāng)調(diào)整差不超過(guò)80cts。

本文采摘自“基于PMAC的加工中心開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)研究”，因?yàn)榫庉嬂щy導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無(wú)法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！

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