《伺服控制控PID智能控制-.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《伺服控制控PID智能控制-.doc（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、伺服控制课程制定论文速度控制系统制定目录伺服控制课程制定论文1摘要3引言41.总体制定和总体方案分析5电机系统分析5系统制定框图6传递函数72硬件部分制定7选择电机7选择变频器8选择光电码盘9F/V11主要特点12电性能参数12引脚排列及内部结构13工作原理14应用电路142.6 A/D 和D/A转化电路183.软件部分制定19控制系统仿真分析19控制算法制定20连续系统的PID算法制定(程序见附件一)21参数推导213.3.2 PID参数作用213参数整定22控制算法的实现223.3.5.基于simulink伺服控制233.4.数字PID控制算法(程序见附录二)24的自适应模糊PID控制系统
2、26模糊工具箱26模糊系统制定(制定程序见附录)26模糊控制制定34模糊控制仿真37单神经元自适应控制算法38单神经元控制算法介绍38单神经元控制算法实现394. 计算机人机界面制定414.1 含有PID界面制定(程序见附件3)41伺服控制PID界面制定435 制定总结45比较四种控制策略的优缺点45制定心得体会466.程序附录46附录一：连续PID程序46附录二：数字PID程序48附录三：控制系统GUI界面程序制定49附录四：伺服控制系统GUI程序51附录五：模糊系统制定55附录六：模糊控制制定程序58附录七：单神经元自适应控制程序60附录八：信号采集函数61摘要交流电机作为工业系统及日常生
3、活中最常见的运动执行器，对其转速进行控制具有重要意义。基于计算机的电机调速系统应用越来越广泛。本制定主要包括以下三个部分：1)总体制定方案分析与制定:硬件制定光电转换及信号调理电路制定、频压转换电路制定。电动机及变频器驱动装置、A/D及其D/A板选择等。2)软件制定:系统管理程序、控制算法制定及信号的采集与处理程序等。本文主要侧重点是软件制定利用传统的PID制定，控制效果非常理想，满足工业生产的应用。智能控制算法作为当今控制系统的研究热点问题，我们也进行了深入的学习，分别利用模糊自适应控制算法和单神经元自适应控制算法，所得到的效果也是非常理想的。将模糊控制和PID控制相结合，提出了一种智能复合
4、控制策略，并将其应用于交流伺服系统的控制。利用模糊控制在线自适应调整PID控制器的参数，从而使系统的静态和动态性能指标较为理想。实验结果说明，基于模糊PID控制的交流伺服系统具有响应速度快，稳态精度高和鲁棒性等特点。最后，进行GUI(图形用户界面)制定，实习控制系统的可操作性和可视化。此外本文还针对实际制定中碰到的问题进行了分析和讨论，提出了参照方案，本次速度控制系统制定经历了很多改动，可以看出控制系统在制定思想和技术上进步。关键字：电机伺服控制 PID 数字PID 神经网络 模糊控制 GUI引言现代化生产和生活中，电动机的作用十分重要，无论是交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、农业生产、商务
5、与办公设备，还是日常生活中的家用电器，都大量的使用各种各样的电动机。据有关资料介绍，现有90%以上的动力来源电动机，我国生产的电能大约60%消耗于电动机。因此，研究电动机的控制系统是有较大的显示意义的。交流电动机伺服驱动系统由于其结果简单、易于维护的优点逐渐成为现代产业的基础。其中交流交流伺服系统在机器人与操作机械手的关节驱动以及精密数控机床等方面得到越来越广泛的应用。交流伺服系统由交流电动机组成，交流电动机的数控模型不是简单的线性模型，而且有非线性、时变、耦合等特点，用传统的基于对象模型的控制方法难以进行有效的控制。关于交流伺服系统的性能，一方面要求快速跟踪性能好。即要求系统对输入信号的响应
6、快，跟踪误差小，过度时间短，且无超调量或超调量小，常规控制方法普遍是以PID控制为基础，然后单纯的PID控制存在超调量大，调节时间长，控制效率低等缺点，而且其参数的选取比较困难。随着计算机技术的发展，人们利用人工智能的方法将操作人员的调整经验作为知识存在计算机中，依据现场的实际状况，计算机能自动调整PID参数，这样就出现了智能PID控制器。模糊控制对数学模型的依赖性弱。并且不需要建立过程的准确数学模型。随着社会的发展，机械已经不是传统意义上机械。科技的发展要求必需有更为精密的机械加工和制造，所以这就要求机械与各学科交叉，不断增加机械品质。本课程制定注重通过速度控制系统制定，初步掌握机械电子学、
7、控制工程和计算机编程的基本知识。树立正确的制定思想，培养分析问题与解决问题能力及其动手能力。为了提升伺服系统的性能各环节均有调节器,但是各环节控制器的参数调整一直困扰着工程技术人员,很多场合只能采纳简化模型加经验调整的方法进行参数调节,使得参数调整繁琐且大部分伺服系统并没有工作在最优的状态下。目前对调节器参数整定、优化问题的研究多是基于单个环节的,关于伺服系统整体参数优化调整的研究还较少。PID控制具有结构简单、稳定性能好、控制精度高等优点, 但它的控制性能是建立在准确的数学模型基础上的, 在某一状态下整定为最优的一组PID参数在另一种状态下可能性能很差. 电机运行参数变化与非线性特性使PID
8、控制经常顾此失彼,系统的鲁棒性不尽如人意. 模糊控制以不依赖于被控对象的准确数学模型, 具有较强的鲁棒性, 对被控对象的参数变不敏感, 可以有效地克服伺服系统中的非线性、时变、耦合等因素的影响, PID控制, 既具有模糊控制灵活适应性强的优点, 又具有PID控制精度高的特点, 提升了系统的快速性和控制精度.本文应用Matlab /Simulink工具包建立电机伺服系统的数学模型,进行仿真,从整体角度出发对伺服系统整体参数的优化和调整进行研究。固定参数的PID控制器很难满足高精度伺服系统的控制要求，而模糊PID控制器则融合了模糊控制理论与常规PID控制器的优点，能有效提升系统的动静态性能。本文针
9、对交流电机速度伺服系统制定了模糊PID控制器。通过仿真实验，验证了其优良的控制性能。1.总体制定和总体方案分析制定目标：完整的计算机闭环速度控制系统控制对象：三相交流异步电动机转速n目标分析：交流电机的的转速n的计算公式为：式中s为转差率，0=s1，启动瞬时s=0，通常s取之间。由以上两式可以得出交流异步电机调速方法：1. 改变转差率s：可以通过在转子绕组中串联电阻来改变转差率s或者通过改变定子电压U改变，但两种损耗皆很大，电机效率低，特性变差2. 改变磁极对数p：这种方法调速是有等级的，而且调速范围窄，磁极对数多时不宜制造3. 改变定子供电频率：变频调节技术复杂，但可实现无级变速，且需要专门
10、的变频器作为专用控制电源综上分析第三种方法易于实现闭环控制，并依据题目要求则以第三种方法为本次课程制定的主要技术方案系统制定框图系统整体制定框图如下列图：控制器变频器驱动装置异步电机ufnF/V转换光电码盘er-+f测量装置反馈通路y具体系统整体制定框图：re控制算法 D/A A/D 变频器 电动机 F/Vu(k)u(t)f,u+-y 计算机 数据通道采集卡整形光电编码器控制思路：给定电机转速有控制器转换为对应电压，通过变频器将控制器发出的电压信号转换为交流信号，通过调节频率f改变电机转速n，然后电机转速通过光电码盘读入在经过F/V转换得到电机转速的反馈值，通过控制算法矫正转速，从而达到对电机
11、转速的闭环控制。控制框图如下列图所示：系统传递函数由于制定题目已经给出控制对象系统的传递函数，我们就没有比较列出系统的物理方程求出传递函数。即系统的数学模型是已知的。给定被控对象模型如下控制系统制定要求：调节时间0.2s; 无稳态误差, 超调量2%.2硬件部分制定选择电机选择型号西门子1LA7 080-6TA 性能指标如下:50Hz时功率P=370w Frame size=80 M 转速920rpm 转矩效率=62.0 %Power factor =0.72 电流在U=400V时 电机抱死转矩与正常时转矩比电机抱死电流与正常电流比I0/I=3.1 电机破坏转矩与正常时转矩比Tb/T=2.1 电
12、机重变频器型号艾赛康 A121系列变频器电机控制方式空间电压矢量输入电源380V电源：300460V；五位数码显示及状态指示灯显示频率、转速、正反转状态、故障等。通信控制RS-232操作温度-1050湿度2095%相对湿度不结露振动以下频率控制范围精度数字式：0.01%-1050；模拟式：0.1%2510设定解析度数字式：；模拟式：最大操作频率的1输出解析度键盘设定方式可直接以设定模拟设定方式外部电压0-5V，0-10V，020mA。其它功能频率下限，启动频率，可分别设定一般控制加减速控制加减速时间秒任意选择V/F曲线可任意设定V/F曲线转矩控制可设定转矩提升，最大200.0%启动转矩在时多功
13、能输入端6个多功能输入端，实现8段速控制，UP、DOWN机能，外部运行等功能多功能输出端有1个多功能输出端，实现运转中、频率到达、外部异常、等指示及报警其它功能减速停止或自由停止、直流刹车，自动复位再起动等保护功能过载保护驱动器恒转矩250%/1分钟，风机类200%/1分钟，FUSE熔断保护FUSE熔断，马达停止过电压直流电压800V不够电压直流电压280V瞬间停电再起动瞬间停电再起动。输出端短路电子线路保护,U,V,W输出短路保护。其它功能散热片过热保护，反转限制，开机后直接起动及故障复归之功能，参数锁定等。光电码盘型号：A30S4-200-2-2-24轴载荷能力强，工作寿命长。外径30，轴
14、径4，电缆侧出，标准配线2米.电源电压：12-24V或5V输出相位：A,B两相体积小，重量轻，适用于精密环境。旋转编码器A30S系列型号说明：以旋转编码器外壳标签为准A30S4分辨率3N24AD外径30mmS：实轴轴径30-2500P/R相数F:互补输出L:线性驱动V:电压输出2:NPN开路24:12-24V5:5VA:电缆B:航插C:侧出D:后出电气参数增量式产品类型增量式电源电压5V,12-24V消耗电流50mA响应频率200KHz输出电压输出形式F,L,V,N输出波形机械及环境参数最大转速5000 RPM启动扭矩0.001 Nm径向负荷15 N轴向负荷10 N使用温度10+70 储存温度20+80 使用湿度85% RH抗 冲 击1000m/S2 3D2次抗 震 动50m/S2 3D30分钟防护等级IP54,或定做产品重量电路输出示意图：外形尺寸示意图：F/V在测量转速频率时，目前多采纳数字电路，但有些场合则需要转速
