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系統組成原理 該系統由四部分組成，即微機、伺服控制卡、交流伺服調速系統、傳感檢測。主控微機與控制卡相連，可以通過(guò)數據線(xiàn)發(fā)送位置或速度命令，設定pid調節參數，并進(jìn)行數模（d/a）轉換，該模擬信號經(jīng)過(guò)交流伺服放大器放大后驅動(dòng)伺服電動(dòng)機。電機軸端裝有增量式光電碼盤(pán)，通過(guò)光電碼盤(pán)提供反饋信號（a、b、in脈沖）來(lái)完成位置伺服系統的位置反饋，組成一個(gè)半閉環(huán)系統。一般將光電碼盤(pán)裝在電機非負載軸的軸端上，便于安裝和避免機械部件振動(dòng)和變形對位置控制系統產(chǎn)生不利影響。位置反饋環(huán)中傳感元件—增量式光電編碼器將運動(dòng)構件實(shí)時(shí)的位移（或轉角）變化量以a、b相差分脈沖形式長(cháng)線(xiàn)傳輸到現場(chǎng)控制站（pc機）中進(jìn)行編碼器脈沖計數，以獲得數字化位置信息，主控微機機算給定位置與實(shí)際位置（即反饋到的位置）的偏差后，根據偏差范圍采取相應的pid控制策略，將數字控制作用經(jīng)數模轉換變成模擬控制電壓，并輸出給伺服放大器，最終調節電機運動(dòng)，完成期望值的定位。 
工業(yè)控制中常用的方法是pid調節器，盡管隨著(zhù)現代交流調速技術(shù)的發(fā)展，出現了各種新型控制算法，如自適應控制、專(zhuān)家系統、智能控制等。從理論分析，許多控制策略都能實(shí)現良好的電機動(dòng)靜態(tài)特性，但是由于算法本身的復雜性，而且對系統進(jìn)行模擬辨識比較麻煩，因此，在實(shí)際系統中實(shí)現時(shí)困難，對于傳統的pid調節器而言，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于算法簡(jiǎn)單，參數易于整定，具有較強的魯棒性，而且適應性強，可靠性高，這些特點(diǎn)使pid控制器在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應用。對于數控系統中的控制對象而言并不復雜，用pid調節器更易實(shí)現預期效果。 位置環(huán)pid控制算法 在數字pid調節控制系統中，引入積分環(huán)節的目的是為了消除靜差，提高精度，但在過(guò)程的開(kāi)始、結束或大幅增加設定值時(shí)，會(huì )產(chǎn)生積分積累，引起系統較大的超調，甚至震蕩，這對于伺服電機的運行來(lái)說(shuō)是不利的。為減小電機在運行過(guò)程中積分校正對控制系統動(dòng)態(tài)性能的影響，采用積分分離pid控制正當其時(shí)，當電機的實(shí)階位置與期望位置的誤差小于一定位置時(shí)，再恢復積分校正環(huán)節，以便消除系統的穩態(tài)誤差。 積分分離pid控制算法需設定積分分離閥ε，當|e（k）|》ε時(shí)，即偏差值較大時(shí)，采用pd控制，以保證伺服電機位置控制精度。 離散化pid控制算式是：
其中，k為采樣序號，k=0，1，2…; kp、ki、kd分別表示比例，積分、微分系數。在實(shí)際中，若執行機構需要的是控制量的增量，根據遞堆原理可得增量式pid控制算式為：
控制系統參數的整定 主控微機向控制卡發(fā)送pid參數，看給定的參數是否符合控制系統的要求，該過(guò)程需用參數整定實(shí)現。參數整定得主要任務(wù)是確定kp、ki、kd及采樣周期t，比例系數kp增大，使伺服驅動(dòng)系統的動(dòng)作靈敏，響應加快，而過(guò)大會(huì )引起振蕩，調節時(shí)間加長(cháng);積分系數ki增大，能消除系統穩態(tài)誤差，但穩定性下降;微分控制可以改善動(dòng)態(tài)特性，是超調量減少，調整時(shí)間縮短。通常的方法有擴充臨界比例度法和擴充響應曲線(xiàn)法，以及歸一參數整定方法。這幾種方法源于使用齊格勒-尼柯?tīng)査梗▃iegler-nichols規則），通�？烧J為交流伺服系統的模型為一階段有延遲環(huán)節的模型（帶滯后的一階環(huán)節）：
式中的一階段響應特征參數k、l、和t可以由圖3所示的s型響應曲線(xiàn)提取出來(lái)。求取這些參數對實(shí)際系統并不困難，可以通過(guò)對系統進(jìn)行階躍輸入激勵，得到響應曲線(xiàn)，再根據曲線(xiàn)求出其特征參數。于是可由ziegler-nichols整定規則得到：
數字系統中采樣周期的選擇與系統的穩定性密切相關(guān)。一方面要滿(mǎn)足香農定理，即ωs≥2ωmax實(shí)際系統輸入及反饋的最大頻率ωmax難以測定，另一方面采樣周期并沒(méi)有一個(gè)精確的計算公式，只能根據工程應用按經(jīng)驗規則選取，對于電機控制系統，要求較短時(shí)間采樣周期，通常為幾十毫秒。 對于交流位置伺服控制系統而言，采用基于pc機的開(kāi)發(fā)平臺，用常規的pid調節器進(jìn)行控制，只要參數整定適當，加之系統的機械精度（運動(dòng)軸、齒輪、電機絲杠傳動(dòng)化）控制在一定誤差范圍內，電氣控制精度（編碼器脈沖）就可得到提高，魯棒性強，可以在很多場(chǎng)合達到較高精度位置控制的要求。（電子工程網(wǎng)） |
