整定PI D參數(shù)改善爬行現(xiàn)象|加工中心
5.3整定PID參數(shù)改善爬行現(xiàn)象整定PID控制器不需要對正式控制理論深入了解，這樣可以為研宄整定PID參數(shù)對爬行控制的情況帶來很大方便,。根據(jù)不同控制器的原理和結(jié)構(gòu)不同可以分為三類控制：比例控制,、積分控制和微分控制。這幾種控制規(guī)律可單獨使用或者組合使用,，如比例控制器,、比例積分控制器、比例微分控制器和比例積分微分控制器,。根據(jù)不同的控制策略適應(yīng)不同的控制場所,。利用ADAMS/View模塊，根據(jù)圖2.3,在工作臺上加入一個PID控制系統(tǒng)來分析爬行現(xiàn)象是否能夠得到改善,，其他參數(shù)設(shè)置同圖3.1—致,。首先在工作臺上創(chuàng)建一個單分量力,，設(shè)置力的值為0。建立控制系統(tǒng)輸入環(huán)節(jié),，設(shè)定3個輸入分別為：inpuU,，函數(shù)表達式為DX(maker5,0,maker9);input_2,函數(shù)表達式為VX(maker5,makerl,maker9,0);input_3,函數(shù)表達式為0。然后確定PID環(huán)節(jié),，名稱為pid_l并設(shè)置三個增益參數(shù),。再倉ij建比較環(huán)節(jié)，名稱為sum_l,。最后將設(shè)置好的單分量力參數(shù)化,，函數(shù)表達式為VARVAL(sum_l_inputl)5.3.1比例控制根據(jù)工程整定算法，取一個較短的周期來探宄將PID應(yīng)用到爬行模型時,，對爬行速度曲線造成的影響,，在一個隨機取的周期內(nèi)逐一驗證它們對爬行的改善情況和所呈現(xiàn)出來的規(guī)律。在上面6組數(shù)據(jù)所模擬出的仿真圖中可以看出：當PGain=0.3時,，速度波動在3.6s以內(nèi),，在1.8333s時速度******，達到了75.4816mm/s;PGain=0.5時,，速度波動控制在Is內(nèi),，在0.3333s時出現(xiàn)了速度******值66.3152;PGain=0.7時，速度從0到0.2333s內(nèi)幾乎無上升跡象,，在0.2333s到0.3s之間達到了******值8.3656mm/s,緊接著在Is之后迅速穩(wěn)定在8mm/s;PGain=0.8時,，有兩個比較明顯的區(qū)間段，速度在0?0.333s時上升非常緩慢,，在〇.333s?0.4s時速度升至8mm/s,以后恒定在驅(qū)動速度不變,；PGain=0.9時，速度波動持續(xù)了0.6667s,******速度出現(xiàn)在0.2333s時,，速度達到了47.3671mm/s;當PGain=0.5時,，速凍在5s內(nèi)持續(xù)波動，爬行沒有改善,，速度波動出現(xiàn)了一定的規(guī)律性,，在1.2s、2.6333s,、4.0667s同時出現(xiàn)******速度為124.8516,。通過以上的詳細分析可以看出,，當比例控制的參數(shù)取為0.7或0.8時對改善爬行現(xiàn)象最好,，當PGain的參數(shù)選取小于0.7時，從0.1?0.6依次增大時,，爬行改善效果越來越好,，當PGain的參數(shù)選取大于0.8時,，爬行現(xiàn)象逐漸嚴重，并且參數(shù)選取的越大對抑制爬行越不利,。由此得出結(jié)論：單純的比例控制完全能改善爬行現(xiàn)象,，比例系數(shù)過小達不到抑制爬行的效果，比例系數(shù)過大又會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定從而造成爬行現(xiàn)象越來越嚴重,。從圖5.4能夠看出：圖5.4(a)中,，加速度波動在3.5667s以內(nèi)，正向******加速度出現(xiàn)在2.2s,，加速度值為23757.1231mm/s2,，反向******加速度為-15858.177mm/s2;圖5.4(b)中加速度波動在Is以內(nèi)，正向加速度出現(xiàn)在0.9s,，******值為11187.5145mm/s2,******反向加速度在0.3333s時,，達到了-10407.065mm/s2;圖5.4(c)正向******加速度是0mm/s2,反向******加速度為-116.5825mm/s2;圖5.4(d)加速度波動在0.4333s內(nèi)，正向******加速度出現(xiàn)在0.3333s,，其值為638.811mm/s2,，反向******加速度為-1352.2847mm/s2;圖5.4(d)分別在0.2333s和0.4333s時出現(xiàn)了******最小加速度，其值分別為8056.9083mm/s2和-5435.9045mm/s2;圖5.4(f)在0.6667s,、2.1s,、3.5333s和4.9667s同時出現(xiàn)了******值27258.357mm/s2,反向******加速度則在0.4667s時，其值為-14524.9678mm/s2,。從加速度仿真圖也驗證了由速度圖總結(jié)出的規(guī)律,。5.3.2比例-積分控制分別取PGain=0.1、IGain=0.1;PGain=0.4,、IGain=0.4;PGain=0.5,、IGain=0.5;PGain=0.7、IGain=0.7;PGain=0.9,、IGain=0.9和PGain=l,、IGain=l。DGain依然取為零,，則得到ADAMS仿真圖形如下所示：在圖5.5(a)中,，比例和積分的增益參數(shù)都為0.1時，速度波動控制在1.1667s之內(nèi),，在0.9s時出現(xiàn)******速度72.7859mm/s;圖5.5(b)中增益參數(shù)調(diào)大到0.4時,，速度在0.5s內(nèi)有較大的起伏，出現(xiàn)的最高速度為48.963mm/s;圖5.5(c)中將參數(shù)調(diào)整到0.5時沒有出現(xiàn)爬行,，在0?0.2s之內(nèi)速度從Omm/s變?yōu)?.448mm/s,，速度變化緩慢，在0.2?0.3s時速度急居丨J上升至8.4694mm/s，可以明顯的看出穩(wěn)定后的速度與驅(qū)動速度不匹配,，控制力度不足,；圖5.5(d)在0.3s時速度波動******值達到50.4752mm/s,緊接著在0.3333s之后穩(wěn)定在8.4mm/s,又在4.9s以后出現(xiàn)下降的趨勢；圖5.5(e)中增益參數(shù)調(diào)到0.9時,，對系統(tǒng)造成了過度控制,，速度在0.2333s之內(nèi)呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，在0.3s之內(nèi)速度急劇上升,，達到******值為9.1927mm/s,又在3.5667?3.6667s之間使速度降為7.557mm/s,最后速度保持在7.557mm/s,此圖也出現(xiàn)了如圖5.5(d)的情況,；圖5.5(d)也同樣出現(xiàn)了超調(diào)現(xiàn)象。由此得出結(jié)論:PI控制過小達不到抑制爬行的目的,，有時會出現(xiàn)控制力度不夠的情況,，而PI控制過大又容易出現(xiàn)系統(tǒng)超調(diào)現(xiàn)象，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定,。相比較單純的比例控制而言,，抑制爬行的效果較差。下面通過加速度圖來進一步驗證：5.3.3比例-積分-微分控制圖5.7(a)中選取三個增益參數(shù)同時為0.3,此時速度波動控制在了1.1333s內(nèi),，******波動速度為71.3665mm/s;圖5.7(b)爬行控制在0.5333s之內(nèi),，時間在0.3333s時出現(xiàn)了******速度為48.963mm/s;圖5.7(c)中，在0.2333s?0.3s之間,，速度上升飛快,，最高速度達到了8.4694mm/s，之后速度有所下滑,，最后穩(wěn)定在8.206mm/s;圖5.7(d)中對爬行的改善情況和圖5.7(c)大致相似,，存在同樣的問題；圖5.7(e)中在0.3s時速度達到******,，其值為50.4752,從圖中可以明顯看出,，在0.4s以前速度波動幅度較大，在0.4s以后速度穩(wěn)定在了8.2851mm/s,，在4.9s時考試出現(xiàn)速度下降的趨勢;在圖5.7(f)中,，在0?0.2s之間速度由Omm/s升至0.0431mm/s,在0.2?0.2333s之間速度由〇.〇431mm/s升至9.1927mm/s(速度******值）；在0.2333s?0.3s之間速度下降為8.3829mm/s,并且一直持續(xù)到3.5667s;在3.5667s?3.6667s之間速度又降為7.5777mm/s,。由圖5.7中（a)和（b)看出,，當PID的3個增益系數(shù)在0.5以下時，X寸爬行雖然有改善,，但是前期爬行出現(xiàn)的時間過長并且爬行出現(xiàn)時達到的最高速度與驅(qū)動速度差值過大,；圖5.7中（c)和（d)分別把增益參數(shù)調(diào)整為0.5和0.6時，控制爬行************,，但是驅(qū)動速度與工作臺速度不匹配,，有偏差,；當PID的3個增益系數(shù)在0.5以上時，PID控制力度過大,，穩(wěn)定時的速度先高于8mm/s后又低于8mm/s，仍然存在與驅(qū)動速度不匹配的問題,。由此可知：PID控制對爬行有改善,，但是控制效果不理想，最后趨于穩(wěn)定的速度與驅(qū)動速度有一定的偏差,，存在和PI控制一樣的問題,。針對這種情況，可以進行參數(shù)化計算,，創(chuàng)建設(shè)計變量來解決,。下面是加速度模擬仿真圖：5.3.4參數(shù)化計算單擊菜單【build】【DesignVariable】【New】，彈出創(chuàng)建設(shè)計變量對話框,，在Listofallowvalues輸入框中,，設(shè)置DV_1參數(shù)為0.4,、0.6,、0.9和1,，DV_2參數(shù)為0.7和0.8。單擊【simulate】【DesignEvaluation】后,，彈出計算對話框,，在DesignVariable后面分別輸入DV_1和DV_2,單擊start按鈕分別進行參數(shù)化計算,。對PGain進行參數(shù)化計算中,，選取在PID控制中改善效果較好的參數(shù),，作為DesignVariable的參數(shù),。從圖5.9中可以看出，（b)圖要比（a)改善效果好,，完全抑制了爬行,，并且整個機械傳動系統(tǒng)不存在控制力度過小或者超調(diào)的現(xiàn)象,。對IGain進行參數(shù)化計算，對比圖5.6可以看出,，沒有對PGain進行參數(shù)化計算效果好,，前期速度一直存在波動，仍然存在爬行現(xiàn)象,。對DGain進行參數(shù)化計算（其中PGain=0,1Gain=0)得到ADAMS仿真圖如下：同時對PGain,、IGain和DGain三個增益參數(shù)進行參數(shù)化計算，出現(xiàn)了PI控制和PID控制一樣的問題,，參數(shù)設(shè)置的過大容易導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。在圖5.12中,，只有將0.6進行參數(shù)化計算時效果最理想并且完全抑制了爬行,。本文采摘自“振動對精工機床進給系統(tǒng)爬行的影響”,，因為編輯困難導(dǎo)致有些函數(shù),、表格,、圖片、內(nèi)容無法顯示,，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章,！本文由海天精工整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供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