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高性能动态伺服控制器算法的研究
时间:2016-8-9
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高性能动态伺服控制器算法的研究
动态伺服控制器随着微电子技术、电力电子技术、传感器技术与控制理论的不断发展,特别是数字信号控制处理芯片的性能得到飞快提高,动态伺服控制器系统的研究和应用,自20世纪80年代以来,取得了举世瞩目的进展,其动、静态特性已*可以与直流伺服系统相媲美。各类新型高速单片机和电机dsp的出现,为动态伺服控制器系统实现包括位置环、速度环、电流环的全数字化控制奠定了坚实的基础,从而将原有的硬件动态伺服控制器变成了软件伺服控制,不仅大大简化了动态伺服控制器系统的结构,提高了运行可靠性,而且使得在动态伺服控制器系统中应用现代控制理论的先进算法(如:自适应控制、模糊控制、变结构控制等)成为可能,从而让动态伺服控制器系统的控制性能拥有了进一步提升的空间。而好的控制算法,更是提高系统性能的关键因素。传统的pid算法由于具有原理简单,使用方便、适应性强、鲁棒性强等优点,在现代工业现场中早已得到广泛的应用。但由于pid各参数间具有不确定的关联性,很难找到一组适应于系统的参数,且存在参数移植困难等问题,无法取得*的控制效果。本文把前馈控制与变参数pid控制运用到位置动态伺服控制器系统中进行的点位控制,在matlab仿真验证算法的正确性之后,在实际系统运行中也取得了高速、的定位效果。
利用maltab软件搭建仿真模型,模型采用电流环、速度环、位置环三闭环控制,电流环的作用是提高系统的快速性,抑制电流环内部干扰,限制zui大电流(即在调节器的输出通路上串联一个限幅输出环节)以保障系统的安全运行;速度环的作用是之前系统抗负载扰动的能力,抑制速度波动,并限制zui大的速度输出(通过串联一个限幅环节实现),保证电机运行在安全的转速范围之内(也即运行转速<电机的额定转速);位置环的作用是提高位移跟踪的精度,以满足高精度的性能要求。动态伺服控制器系统性能关键在于位移跟踪的精度,所以对系统位置环分别采用普通pid调节器、前馈控制与变参数pid调节器进行实验,经过不断优化参数,观察输出波形与位置误差波形。
总结:
在要求高精度、快速响应的动态伺服控制器定位系统中, 单纯采用比例或比例积分调节的位置控制器很难同时满足定位的快速性、高精度以及对位置的无超调。通过对位置调节器的设计, 既保证了动态伺服控制器在高精度定位的同时, 又具有快速响应的特性。实验结果表明, 采用前馈控制与变参数pid控制器可以满足高性能动态伺服控制器定位的要求, 该位置控制器可以用于点位控制系统 中,能够明显地减少系统的位置跟踪误差,从而改善系统性能。但是实物实验中未加入大惯量负载,加上实验设备的限制,所以本文的研究还有待进一步深入。
反馈控制是在系统偏差形成之后才发挥作用,当被控对象存在大延迟或受到的干扰较多,反馈控制系统的控制效果往往不太理想,系统响应在时间上存在一定的滞后。这对于需要高速高精度控制的场合,显然是不利的。而前馈控制能及时地根据信号源的变化进行控制,具有一定的预见性,能很好地弥补了反馈控制的不足之处。把前馈控制与反馈控制结合起来,形成一种前馈-反馈复合控制系统,这样能够同时发挥两者的优点,实现控制过程的高速高精度控制要求。复合控制是以误差控制信号为基础,并引入输入的微分信号。在位置动态伺服控制器系统中,一阶微分相当于速度,二阶微分相当于加速度,在系统输入为大速度和大加速度信号(如正弦波信号输入),可以大大减小系统的跟随误差。