伺服控制系统的改进型PID算法研究..docVIP

伺服控制系统的改进型PID算法研究 专业：自动化 班级：2007级2班 姓名：赵志超 目录 摘要 1绪论 1.1 伺服系统概况 1.2 伺服系统发展趋势 1.3 对伺服系统基本要求 1.4 研究的意义 1.5 本文主要工作 2 实验设备介绍 2.1 网络介绍 2.2 硬件介绍 2.3 软件介绍 3 伺服控制系统 3.1 伺服控制系统组成 3.1.1 ControlLogix系统平台 3.1.2 数字式伺服驱动器 3.1.3永磁同步伺服电动机 3.2 伺服系统的控制方式 3.3 PID控制 3.3.1 PID控制的原理及特点 4 控制程序的设计 4.1 系统组态 4.1.1 组态模块 4.1.2 组态轴 4.2 主程序 4.3 轴的基本移动和基本状态程序 4.4 伺服系统轴的回零点程序 4.5 PID控制算法研究 5 研究结果与分析 结论 致谢 参考文献 3.3 多轴协调运动、4.5 伺服系统联动控制 改为本课题的内容 摘要 目前，在机械制造行业中广泛采用了数控技术对机械零件进行加工。加工过程中数控机床的稳定性和响应性对机械加工有着重要的影响，基于以上原因在机床动态性能方面就需要深入研究，机床动态特性分析是研究机床抵抗动态作用力的能力，机床抗振性能越好加工性能就越好;伺服进给系统不仅对机床的稳定性有影响，对响应性方面的影响也非常重要，高效、稳定的伺服进给系统能够很好的提高机床的加工性能。针对应用数控机床在机械加工中伺服进给系统的稳定性，以及响应性等方面的问题，本文主要做了以下几方面工作: (1) 熟悉三层网络（EntherNetControlNet 、DeviceNet）Ultra3000伺服驱动器和Y系列三轴精密定位平台伺服系统最初用于船舶的自动驾驶、火炮控制和指挥仪中，后来逐渐推广到很多领域，。采用伺服系统主要是为了达到下面几个目的：以小功率指令信号去控制大功率负载。火炮控制和船舵控制就是典型的例子。在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距同步传动。使输出机械位移精确地跟踪电信号，如记录和指示仪表等。 图 1伺服系统的组成 1.2伺服系统的发展趋势 伺服系统是伴随控制论、微电子和电力电子等技术的应用而发展起来的自动控制技术，最早出现在20世纪初。1934年，伺服机构(Servomechanism)这个词第一次被提出，随着自动控制理论的发展，到20世纪中期，伺服系统的理论与实践均趋于成熟，并得到广泛应用。近几十年来，新技术不断地革命，特别是微电子技术和计算机技术方面的迅速发展，使伺服技术如虎添翼地突飞猛进，其应用几乎遍及社会的各个领域。 交流伺服系统广泛地应用在工业控制领域和国防科技建设中，经历了多年的应用与发展，现正朝交流化、全数字化、采用新型电力电子半导体器件、高度集成化、智能化、模块化和网络化。 1.3 对伺服系统的基本要求 （1）稳定性好 稳定性是指系统在给定输入或外界干扰的作用下，在短时间调节之后能够恢复到原有的或者新的平衡状态的能力。 （2）精度高 伺服系统的精度是指输出量跟随输入量的精确程度。例如，作为精密加工的数控机床，要求的定位精度或轮廓加工精度通常都比较高，允许的偏差一般都在0.001mm～0.01mm之间。 （3）快速响应性好 快速响应性是伺服系统动态品质的标志之一，即要求跟踪指令信号的响应要快，一般在200毫秒以内，甚至小于几十毫秒；另一方面，为了满足超调要求，要求过渡过程的前沿陡，即上升率要大。 这三方面的要求既相互联系又相互制约，在设计、调试系统时要综合考虑。此外，伺服系统应用于运动控制系统时，针对不同控制形式有不同的要求。总体来说，伺服运动控制对控制系统的要求可以分成如下几种形式： （1）点位运动控制 这种运动的特点是仅对终点位置有要求，与运动的中间过程即运动轨迹无关。在加速运动时，为了使系统能够快速加速到设定速度，往往提高系统的增益和加大加速度，在减速的末段采用S曲线减速的控制策略。为了防止系统到位后震动，规划到位后又会适当减小系统的增益。所以，点位运动控制器往往具有在线可变控制参数和可变加减速曲线的能力。 （2）连续轨迹（轮廓控制）运动控制 主要应用在数控系统、切割系统的运动轮廓控制中。相应要解决的问题是如何使系统在高速运动的情况下，既保证系统加工的轮廓精度，又保证刀具沿轮廓运动时切向速度的恒定。对小线段加工时，有多段程序预处理功能。 （3）同步运动控制 多个轴之间的运动协调控制，可以是多个轴在运动全程中进行同步，也可以是在运动过程中的局部有速度同步，主要应用在需要有电子齿轮箱和电子凸轮功能的系统控制中。工业上有印染、印刷、造纸、轧钢、同步剪切等行业。相应的运动控制器的控