摘 要：交流伺服系统在制造业控制领域得到广泛应用，分析了位置伺服系统的组成，主要介绍了数字位置环的PID器改进控制算法以及参数整定方法。实际应用表明：选择合理的PID参数能够满足控制系统响应速度快、速度精度高、鲁棒性强的要求。
关键词：交流伺服控制；控制算法；PID调节
交流伺服系统在制造业控制中得到了更加广泛的应用，对控制的要求体现在响应速度快、速度精度高、调速范围宽、加减速性能好。随着计算机技术、电子技术、电机磁性材料的不断发展，交流伺服控制逐渐成为工厂自动化领域中运动控制的主流〔1〕，有关各种新型控制算法不断涌现，如自适应控制、磁场定向控制及直接转矩控制、智能控制等。但是，传统的PID控制方法以其实现的方便可靠性仍是其它控制算法的基础。
1 系统组成原理
系统的整体结构如图1所示。
该系统由四部分组成，即微机、伺服控制卡、交流伺服调速系统、传感检测。主控微机与控制卡相连，可以通过数据线发送位置或速度命令，设定PID调节参数，并进行数模（D/A）转换，该模拟信号经过交流伺服放大器放大后驱动伺服电动机。电机轴端装有增量式光电码盘，通过光电码盘提供反馈信号（A、B、IN脉冲）来完成位置伺服系统的位置反馈，组成一个半闭环系统。一般将光电码盘装在电机非负载轴的轴端上，便于安装和避免机械部件振动和变形对位置控制系统产生不利影响。位置反馈环中传感元件—增量式光电编码器将运动构件实时的位移（或转角）变化量以A、B相差分脉冲形式长线传输到现场控制站（PC机）中进行编码器脉冲计数，以获得数字化位置信息，主控微机计算给定位置与实际位置（即反馈到的位置）的偏差后，根据偏差范围采取相应的PID控制策略，将数字控制作用经数模转换变成模拟控制电压，并输出给伺服放大器，最终调节电机运动，完成期望值的定位。
2 伺服控制方法
工业控制中常用的方法是PID调节器，尽管随着现代交流调速技术的发展，出现了各种新型控制算法，如自适应控制、专家系统、智能控制等〔2〕。从理论分析，许多控制策略都能实现良好的电机动静态特性，但是由于算法本身的复杂性，而且对系统进行模型辨识比较麻烦，因此，在实际系统中实现时困难，对于传统的PID调节器而言，其最大的优点在于算法简单，参数易于整定，具有较强的鲁棒性〔3〕，而且适应性强，可靠性高，这些特点使PID控制器在工业控制领域得到广泛的应用。对于数控系统中的控制对象而言并不复杂，用PID调节器更易实现预期效果。
2.1 位置环PID控制算法
在数字PID调节控制系统中，引入积分环节的目的是为了消除静差，提高精度，但在过程的开始、结束或大幅增加设定值时，会产生积分积累，引起系统较大的超调，甚至振荡，这对于伺服电机的运行来说是不利的。为减小电机在运行过程中积分校正对控制系统动态性能的影响，采用积分分离PID控制正当其时，当电机的实阶位置与期望位置的误差小于一定位值时，再恢复积分校正环节，以便消除系统的稳态误差。
积分分离PID控制算法需设定积分分离阀ε，当|e(k)|＞ε时，即偏差值较大时，采用PD控制，减少超调量，使系统有较快响应；当|e(k)|≤ε时，即偏差值比较小时，采用PID控制，以保证伺服电机位置控制精度。
离散化PID控制算式为：
其中，k为采样序号，k=0，1，2…；Kp、Ki、Kd分别表示比例、积分、微分系数。在实际中，若执行机构需要的是控制量的增量，根据递堆原理可得增量式PID控制算式为：
2.2
本文关键字：伺服 经验交流，电工技术 - 经验交流
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