2025年08月05日 14:06:58 来源：东莞市宇匠数控设备有限公司 >> 进入该公司展台 阅读量：10
5.3整定PI D参数改善爬行现象
整定PID控制器不需要对正式控制理论深入了解，这样可以为研宄整定PID参 数对爬行控制的情况带来很大方便。根据不同控制器的原理和结构不同可以分为三类 控制：比例控制、积分控制和微分控制。这几种控制规律可单独使用或者组合使用， 如比例控制器、比例积分控制器、比例微分控制器和比例积分微分控制器。根据不同 的控制策略适应不同的控制场所。
利用ADAMS/View模块，根据图2.3,在工作台上加入一个PID控制系统来分析爬 行现象是否能够得到改善，其他参数设置同图3.1 —致。首先在工作台上创建一个单分 量力，设置力的值为0。建立控制系统输入环节，设定3个输入分别为：inpuU，函数
5.3.1比例控制
根据工程整定算法，取一个较短的周期来探宄将PID应用到爬行模型时，对爬行 速度曲线造成的影响，在一个随机取的周期内逐一验证它们对爬行的改善情况和所呈 现出来的规律。
在上面6组数据所模拟出的仿真图中可以看出：当PGain=0.3时，速度波动在3.6s 以内，在1.8333s时速度，达到了 75.4816mm/s; PGain=0.5时，速度波动控制 在Is内，在0.3333s时出现了速度值66.3152; P Gain=0.7时，速度从0到0.2333s 内几乎无上升迹象，在0.2333s到0.3s之间达到了值8.3656mm/s,紧接着在Is 之后迅速稳定在8mm/s; PGain=0.8时，有两个比较明显的区间段，速度在0?0.333s 时上升非常缓慢，在〇.333s?0.4s时速度升至8mm/s,以后恒定在驱动速度不变；P Gain=0.9时，速度波动持续了 0.6667s,速度出现在0.2333s时，速度达到了 47.3671mm/s;当PGain=0.5时，速冻在5s内持续波动，爬行没有改善，速度波动出 现了一定的规律性，在1.2s、2.6333s、4.0667s同时出现速度为124.8516。通过 以上的详细分析可以看出，当比例控制的参数取为0.7或0.8时对改善爬行现象， 当P Gain的参数选取小于0.7时，从0.1?0.6依次增大时，爬行改善效果越来越好， 当P Gain的参数选取大于0.8时，爬行现象逐渐严重，并且参数选取的越大对抑制爬 行越不利。由此得出结论：单纯的比例控制能改善爬行现象，比例系数过小达不到 抑制爬行的效果，比例系数过大又会造成系统的不稳定从而造成爬行现象越来越严重。
从图5.4能够看出：图5.4 (a)中，加速度波动在3.5667s以内，正向加速度出 现在2.2s，加速度值为23757.1231 mm/s2，反向加速度为-15858.177 mm/s2;图5.4 (b)中加速度波动在Is以内，正向加速度出现在0.9s，值为11187.5145 mm/s2,反向加速度在0.3333s时，达到了-10407.065 mm/s2;图5.4(c)正向加速度是0 mm/s2, 反向加速度为-116.5825 mm/s2;图5.4(d)加速度波动在0.4333s内，正向加速 度出现在0.3333s，其值为638.811 mm/s2，反向加速度为-1352.2847 mm/s2;图5.4
(d) 分别在0.2333s和0.4333s时出现了最小加速度，其值分别为8056.9083 mm/s2 和-5435.9045 mm/s2;图 5.4 (f)在 0.6667s、2.1s、3.5333s 和 4.9667s 同时出现了值 27258.357 mm/s2,反向加速度则在0.4667s时，其值为-14524.9678 mm/s2。从加速度 仿真图也验证了由速度图总结出的规律。
5.3.2比例-积分控制
分别取 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 取为零，则得到ADAMS仿真图形如下所示：
在图5.5 (a)中，比例和积分的增益参数都为0.1时，速度波动控制在1.1667s之 内，在0.9s时出现速度72.7859mm/s;图5.5 (b)中增益参数调大到0.4时，速度 在0.5s内有较大的起伏，出现的速度为48.963mm/s;图5.5 (c)中将参数调整到 0.5时没有出现爬行，在0?0.2s之内速度从Omm/s变为0.448mm/s，速度变化缓慢，在 0.2?0.3s时速度急居丨J上升至8.4694mm/s，可以明显的看出稳定后的速度与驱动速度不 匹配，控制力度不足；图5.5 (d)在0.3s时速度波动值达到50.4752mm/s,紧接着 在0.3333s之后稳定在8.4mm/s,又在4.9s以后出现下降的趋势；图5.5 (e)中增益 参数调到0.9时，对系统造成了过度控制，速度在0.2333s之内呈现缓慢上升趋势，在 0.3s之内速度急剧上升，达到值为9.1927mm/s,又在3.5667?3.6667s之间使速度 降为7.557mm/s,最后速度保持在7.557mm/s,此图也出现了如图5.5 (d)的情况； 图5.5(d)也同样出现了超调现象。由此得出结论:PI控制过小达不到抑制爬行的目的， 有时会出现控制力度不够的情况，而PI控制过大又容易出现系统超调现象，造成系统不 稳定。相比较单纯的比例控制而言，抑制爬行的效果较差。下面通过加速度图来进一步 验证：
5.3.3比例-积分-微分控制
图5.7 (a)中选取三个增益参数同时为0.3,此时速度波动控制在了 1.1333s内， 波动速度为71.3665mm/s;图5.7(b)爬行控制在0.5333s之内，时间在0.3333s 时出现了速度为48.963mm/s;图5.7 (c)中，在0.2333s?0.3s之间，速度上升 飞快，速度达到了 8.4694mm/s，之后速度有所下滑，最后稳定在8.206mm/s;图
5.7 (d)中对爬行的改善情况和图5.7 (c)大致相似，存在同样的问题；图5.7 (e) 中在0.3s时速度达到，其值为50.4752,从图中可以明显看出，在0.4s以前速度 波动幅度较大，在0.4s以后速度稳定在了 8.2851mm/s，在4.9s时考试出现速度下降 的趋势;在图5.7(f)中，在0?0.2s之间速度由Omm/s升至0.0431mm/s,在0.2?0.2333s 之间速度由〇.〇431mm/s升至9.1927mm/s (速度值）；在0.2333s?0.3s之间速度 下降为8.3829mm/s,并且一直持续到3.5667s;在3.5667s?3.6667s之间速度又降为 7.5777mm/s。由图5.7中（a)和（b)看出，当PID的3个增益系数在0.5以下时，X寸 爬行虽然有改善，但是前期爬行出现的时间过长并且爬行出现时达到的速度与驱动 速度差值过大；图5.7中（c)和（d)分别把增益参数调整为0.5和0.6时，控制爬行，但是驱动速度与工作台速度不匹配，有偏差；当PID的3个增益系数在0.5以 上时，PID控制力度过大，稳定时的速度先高于8mm/s后又低于8mm/s，仍然存在与驱 动速度不匹配的问题。由此可知：PID控制对爬行有改善，但是控制效果不理想，最后趋于稳定的速度与驱动速度有一定的偏差，存在和PI控制一样的问题。针对这种情况， 可以进行参数化计算，创建设计变量来解决。下面是加速度模拟仿真图：
5.3.4参数化计算
单击菜单【build】【Design Variable】【New】，弹出创建设计变量对话框，在 List of allow values 输入框中，设置 DV_1 参数为 0.4,、0.6、0.9 和 1，DV_2 参数为 0.7 和0.8。单击【simulate】【Design Evaluation】后，弹出计算对话框，在Design Variable 后面分别输入DV_1和DV_2,单击start按钮分别进行参数化计算。
对P Gain进行参数化计算中，选取在PID控制中改善效果较好的参数，作为Design Variable的参数。从图5.9中可以看出，（b)图要比（a)改善效果好，抑制了爬行， 并且整个机械传动系统不存在控制力度过小或者超调的现象。
对I Gain进行参数化计算，对比图5.6可以看出，没有对P Gain进行参数化计算效 果好，前期速度一直存在波动，仍然存在爬行现象。
对D Gain进行参数化计算（其中P Gain=0,1 Gain=0)得到ADAMS仿真图如下：
同时对P Gain、I Gain和D Gain三个增益参数进行参数化计算，出现了 PI控制和
PID控制一样的问题，参数设置的过大容易导致系统出现超调现象。在图5.12中，只有 将0.6进行参数化计算时效果并且抑制了爬行。
本文采摘自“振动对数控机床进给系统爬行的影响”，因为编辑困难导致有些函数、表格、图片、内容无法显示，有需要者可以在网络中查找相关文章！本文由伯特利数控整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！
