运动控制系统中PID调节器设计与应用研究

(整期优先)网络出版时间:2019-03-13
/ 2

运动控制系统中PID调节器设计与应用研究

陈杰刘琳

(兰州石化电仪事业部)

摘要:文章首先对PID调节器进行简单介绍,在明确其基本概念的基础上,深入探讨具体设计与实际应用。主要分为硬件设计及控制算法设计两个方面。详细划分为DSP外部中断接口处理、四轴编码器信息接收与处理、控制模型的建立。旨在全方位、多角度推动运动系统中的PID调节器设计向着规范化方向发函。

关键词:运动控制系统;PID调节器;设计应用

引言:

系统平台的科学构建往往需要借助DSP芯片来实现,要求该芯片具有强大的计算控制能力,是整个系统中的关键性构成。在实际应用期间,通常存在着逻辑电路不断变化的问题,不利于系统的正常稳定运行。为了有效解决此类问题,有必要强化对PID调节器的设计。

一、PID调节器

新时代背景下,各行业达到的现代化水平直接关系到该行业的未来发展,与其核心竞争力及市场地位都息息相关。其中,衡量各行业现代化水平的重要指标之一,即为工业自动化水平。控制理论的发展主要历经了三个阶段,分别为:古典控制理论、现代控制理论、智能控制理论。其中,智能控制实际应用的代表为全自动洗衣机的出现,自动控制系统包括两种,分别为:开环控制系统、闭环控制系统[1]。一个完整的控制系统应含有控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口等。

不同类型的控制系统传感器、变送器等设置也存在着略微差异。以压力控制系统为例,该系统主要利用压力传感器;电加热控制系统则使用温度传感器。现阶段内,PID控制及相应控制器种类繁多,在日常的工业生产中也逐渐得到了广泛应用。在此形势下,智能调节器应运而生。在进行自动化调整时,一般借助智能化调整的方式来实现。

开环控制系统指的是,被控对象的全部输出,与控制器的输出并不矛盾,二者不存在着相互影响的关系。而闭环控制系统则是指,在被控对象输出后,相应的被控制量也会反过来影响着控制器的输出,并由此形成一个或多个闭环。整个系统分为正反馈及负反馈,反馈信号系统与定值信号相反,则称之为负反馈,正反馈与之相反。

二、PID调节器设计与应用

(一)硬件设计

主机一般为PC机,将核心微处理器作为重要设备,并借助DSP来实现。由于受到PC机的直接性影响,设计人员在进行调节器设计时,应采用粗处理的方式对数据实行精准处理。经过处理后的数据信息传输至运动控制系统中,考虑到传递的时效性,有必要配合使用DSP-PC通讯接口方式,进而取得良好效果。在此过程中值得注意的是,工作人员应充分把握光电编码器的作用及主要性能,采取精准合理的计算方式明确相应误差值。经过软件位置调节器的作用,明确运动速度控制量。通常包括以下两个方面:

1.DSP外部中断接口处理。运动控制器在工作状态下,一旦超出既定的控制范围,则容易出现限位中断问题,与此同时编码器信号也会发生同样现象。各控制轴设有两个限位开关,分别为正方向与反方向。CPLD作用后,对应的限位信号则会被连接至DSP中断管脚处,此类信号经过光耦电路的作用,与DSP中的特定接口建立有效联系;

2.四轴编码器信号处理。就电路设计的角度而言,主要利用四轴编码器信息处理电路法。例如经过对光电编码器输出情况进行分析后,可得出两组的相差数值,上述操作完成后,最终得出执行元件的相关数据信息,继而展开输入处理,设定16位数字量,将所得结果及时精准的反馈给中央处理器。另外,编码处理器的主要组成为各功能模块,例如滤波、倍频、计数等。以往的电路设计可靠性较强,但抗干扰性能相对更差。

(二)控制算法设计

实行控制算法设计时,最为关键的即为建立并优化控制模型。运动控制器是系统得以正常运行的重要保证。驱动及位置控制系统运行期间,往往会存在静态、动态两种不同的性能,对于某些指标,如运动速度、跟踪及定位精确度等具有十分重要的影响。结合实际情况来看,大多数选用的控制方式仍为经典控制。比对比例型及比例——积分型控制算法,具有较为显著的使用优势,例如算法简便化、实现难度小等。但究其根本,也依然存在着些许弊端,如控制参数适应能力弱、抗干扰能力差等。

当前阶段内,市场经济的发展导致了市场竞争的激烈化,这就为制造业的相关生产提出了更高的要求,也推动着制造业不断提升自身生产效率及质量。为了更好的满足实际需求,符合形状复杂零件的加工需要,创新发展先进的控制技术已然成为相关工作开展的重中之重。利用此种方式赋予整个系统更高的稳定性,将计算精确性上升一个高度,在合理改善动态响应特性的基础上,全面强化系统参数变化的适应能力,促使其具备较高的抗干扰性能[2]。目前,多数控制方法逐步得到研发与应用,但综合来看,仍存在着一定的问题,其实价值并不明显,大致体现在以下几方面:

1.算法计算量在某种意义上对控制计算起着制约作用,导致控制实时性的基本需求无法得到满足;2.控制理论仍具备明显不足,参数设计缺乏合理性,且围绕稳定性展开的分析,最终取得的效果较差;3.建模过程中依然带有些许误差,限制了控制计算的实行。要求有关人员积极构建并完善智能型位置控制器管理体系,借助线单神经元PID及CMAC并行控制的方法,将其实际应用于数控系统构建中,在真正意义上发挥出控制作用。

结论

综上所述,运动控制器是在控制技术与运动系统共同作用下产生的,对于电机、传感器等技术,具有明显的控制作用。依照目前其发展趋势来看,运动控制系统在未来的发展过程中,将会逐步确定核心思想,即为柔性化。调节器的合理设计可以较好的满足实际需求。

参考文献:

[1]赵硕伟.运动控制系统中PID调节器设计[J].信息记录材料,2018,19(03):47-48

[2]李飞江,李翔龙.基于IEC61131-3标准运动控制器的设计与应用[J].组合机床与自动化加工技术,2019(03):17-19+23