伺服电机增益调整的原理及方法

1、伺服电机增益调整的原理及方法伺服电机增益调整的原理及方法实际上私服电机的电流,速度 ,位置三环控制 ,其中的每一个环节基本上控制原则都可以采用PID 控制 ,或就是其她的控制算法,我不就是很清楚您的增益调整指的就是什么？,一般来说对于 PID里面来讲 ,增益应该就就是 P 的作用 ,就就是一个简单的比例控制环节,结合积分与微分 ,从而实现 PID的整定。按理说如果能够调整好PID 的三个参数 ,那么您的控制系统一定就可以稳定工作了。我有个总结 :PID的基本作用如下 :比例 (P)控制 比例控制就是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误

2、差(Steady-state error)。 积分 (I) 控制 在积分控制中 ,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统就是有稳态误差的或简称有差系统(System with Steady-state Error) 。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项 ”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加 ,积分项会增大。这样 ,即便误差很小 ,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使态误差进一步减小,直到等于零。 因此 ,比例 +积分 (PI) 控制器 ,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分 (D

3、) 控制 在微分控制中 ,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因就是由于存在有较大惯性组件(环节 )或有滞后 (delay)组件 ,具有抑制误差的作用,其变化总就是落后于误差的变化。 解决的办法就是使抑制误差的作用的变化 “超前 ”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该就是零。这就就是说,在控制器中仅引入 “比例 ”项往往就是不够的 ,比例项的作用仅就是放大误差的幅值,而目前需要增加的就是“微分项 ”,它能预测误差变化的趋势,这样 ,具有比例 +微分的控制器 ,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零 ,甚至

4、为负值 ,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例 +微分(PD) 控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。最后 ,在结合各种先进的控制算法,比如遗传算法GA, 模拟退火算法 SA, 禁忌搜索算法 TS, 神经网络 ANN 等等 ,从而实现各种控制方案,不过工程上面的还就是以PID 为主 ,容易实现 ,而且效果明显。自动增益调整 (pr21 设置为1) 下,刚性就是通过调节pr22 参数来提高响应性的 ,而且 pr20 惯量比也就是自行整定的 , 但由于大部分机械机构不就是很合理会导致整定出来的惯量比很高,刚性就加不上去。所以如果自动增益调整不行的话,还就是手动增益调

5、整(pr21=0) 来调节 ,通过调节 pr10,11,12,14,运动伺服一般都就是三环控制系统,从内到外依次就是电流环速度环位置环。1、首先电流环 : 电流环的输入就是速度环PID 调节后的那个输出,我们称为 “电流环给定 ”吧,然后呢就就是电流环的这个给定与 “电流环的反馈”值进行比较后的差值在电流环内做PID 调节输出给电机, “电流环的输出 ”就就是电机的伺服电机增益调整的原理及方法每相的相电流 , “电流环的反馈 ”不就是编码器的反馈而就是在驱动器内部安装在每相的霍尔元件(磁场感应变为电流电压信号 )反馈给电流环的。2 、速度环 :速度环的输入就就是位置环PID 调节后的输出以及位

6、置设定的前馈值,我们称为 “速度设定 ”,这个 “速度设定 ”与“速度环反馈 ”值进行比较后的差值在速度环做PID 调节 (主要就是比例增益与积分处理) 后输出就就是上面讲到的 “电流环的给定 ”。速度环的反馈来自于编码器的反馈后的值经过“速度运算器 ”得到的。3、位置环 :位置环的输入就就是外部的脉冲(通常情况下 ,直接写数据到驱动器地址的伺服例外),外部的脉冲经过平滑滤波处理与电子齿轮计算后作为 “位置环的设定 ”,设定与来自编码器反馈的脉冲信号经过偏差计数器的计算后的数值在经过位置环的 PID 调节 (比例增益调节 , 无积分微分环节 )后输出与位置给定的前馈信号的合值就构成了上面讲的速

7、度环的给定。位置环的反馈也来自于编码器。编码器安装于伺服电机尾部,它与电流环没有任何联系, 她采样来自于电机的转动而不就是电机电流,与电流环的输入、输出、反馈没有任何联系。而电流环就是在驱动器内部形成的,即使没有电机 ,只要在每相上安装模拟负载(例如电灯泡 )电流环就能形成反馈工作。谈谈 PID 各自对差值调节对系统的影响:1、单独的 P( 比例 )就就是将差值进行成比例的运算,它的显著特点就就是有差调节, 有差的意义就就是调节过程结束后 , 被调量不可能与设定值准确相等, 它们之间一定有残差, 残差具体值您可以通过比例关系计算出。增加比例将会有效减小残差并增加系统响应, 但容易导致系统激烈震

8、荡甚至不稳定。2 、单独的 I(积分 )就就是使调节器的输出信号的变化速度与差值信号成正比,大家不难理解 ,如果差值大 ,则积分环节的变化速度大, 这个环节的正比常数的比例倒数我们在伺服系统里通常叫它为积分时间常数,积分时间常数越小意味着系统的变化速度越快,所以同样如果增大积分速度(也就就是减小积分时间常数) 将会降低控制系统的稳定程度,直到最后出现发散的震荡过程, 。这个环节最大的好处就就是被调量最后就是没有残差的。3、 PI( 比例积分)就就是综合P 与 I 的优点 ,利用P 调节快速抵消干扰的影响,同时利用I 调节消除残差。4 、单独的D(微分 )就就是根据差值的方向与大小进行调节的,调

9、节器的输出与差值对于时间的导数成正比,微分环节只能起到辅助的调节作用, 它可以与其她调节结合成PD 与 PID 调节。它的好处就是可以根据被调节量(差值 )的变化速度来进行调节 , 而不要等到出现了很大的偏差后才开始动作,其实就就是赋予了调节器以某种程度上的预见性 , 可以增加系统对微小变化的响应特性。伺服的电流环的PID 常数一般都就是在驱动器内部设定好的, 操作使用者不需要更改。速度环主要进行PI( 比例与积分 ), 比例就就是增益, 所以我们要对速度增益与速度积分时间常数进行合适的调节才能达到理想效果。位置环主要进行P( 比例 ) 调节。对此我们只要设定位置环的比例增益就好了。位置环、速

10、度环的参数调节没有什么固定的数值, 要根据外部负载的机械传动连接方式、负载的运动方式、负载惯量、对速度、加速度要求以及电机本身的转子惯量与输出惯量等等很多条件来决定, 调节的简单方法就是在根据外部负载的情况进行大体经验的范围内将增益参数从小往大调, 积分时间常数从大往小调, 以不出现震动超调的稳态值为最佳值进行设定。当进行位置模式需要调节位置环时, 最好先调节速度环( 此时位置环的比例增益设定在经验值的最小值), 调节速度环稳定后 , 在调节位置环增益, 适量逐步增加 , 位置环的响应最好比速度环慢一点, 不然也容易出现速度震荡。一般伺服都有三种控制方式: 速度控制方式 , 转矩控制方式 ,

11、位置控制方式、1、转矩控制:转矩控制方式就是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小, 具体表现为例如10V对应5Nm的话 ,当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2、 5Nm: 如果电机轴负载低于2、5Nm时电机正转,外部负载等于2 、5Nm时电机不转,大于2、 5Nm时电机反转(通常在有重力负载情况下产生)。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小,也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕与放卷的装置中,例如饶线装置或拉光纤设备,转矩的设定要根据缠绕的半径的变伺服电机增益调整的原理及方法化随时更改以确保材质的受

12、力不会随着缠绕半径的变化而改变。2、位置控制 :位置控制模式一般就是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小 , 通过脉冲的个数来确定转动的角度 ,也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度与位移进行赋值。 由于位置模式可以对速度与位置都有很严格的控制 , 所以一般应用于定位装置。3、速度模式 : 通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制,在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位 ,但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。 位置模式也支持直接负载外环检测位置信号 ,此时的电机轴端的编码器只检测电机转速 ,位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来

13、提供了 ,这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差 ,增加整个系统的定位精度。4、谈谈 3 环,伺服电机一般为三个环控制,所谓三环就就是3 个闭环负反馈PID 调节系统。最内的PID 环就就是电流环进行 PID运算最小,此环完全在伺服驱动器内部进行 , 通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流 ,负反馈给电流的设定调节 , 从而达到输出电流尽量接近等于设定电流 ,电流环就就是控制电机转矩的 , 所以在转矩模式下驱动器的,动态响应最快。第 2 环就是速度环 ,通过检测的电机编码器的信号来进行负反馈PID 调节 , 它的环内 PID 输出直接就就是电流环的设定 , 所以速度环控制时就包含了速度环与电流环,换句话说任何模