數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)電液伺服系統(tǒng)PID控制器設(shè)計(jì)

1、數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)電液伺服系統(tǒng)pid控制器設(shè)摘要：針對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的定位精度和輪廓跟蹤精度的要求， 提出了數(shù)控工作臺(tái)電液伺服系統(tǒng)的pid控制方案，通過(guò)仿真 研究了控制方案的可行性并選出了最佳控制參數(shù)。結(jié)果表明 采用pid控制器可獲得較好的控制性能。關(guān)鍵詞：電液伺服系統(tǒng)；pid控制器；數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)中圖分類號(hào)：th6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1009-0118 (2012) 12-0227-02一、引言隨著數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，伺服系統(tǒng)的作用與要求越顯 突出，作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直 是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標(biāo)。圍繞伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與 靜態(tài)特性的提高，本文設(shè)計(jì)了數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)電液伺服

2、系統(tǒng) pid控制器。利用ziegler-nichols方法對(duì)pid參數(shù)進(jìn)行了 整定，利用matlab工具對(duì)pid參數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明采 用pid控制器可以獲得較好的控制性能。能很好的滿足數(shù)控 機(jī)床的定位精度和輪廓跟蹤精度。通過(guò)給定的參數(shù)確定了數(shù)控工作臺(tái)液壓伺服系統(tǒng)伺服 閥的傳遞函數(shù)、動(dòng)力機(jī)構(gòu)的傳遞函數(shù)、電放大器傳遞函數(shù)、 傳動(dòng)齒輪與絲杠的傳遞函數(shù)和伺服放大器的傳遞函數(shù)。描繪 出系統(tǒng)的方框圖，并為設(shè)計(jì)pid控制器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化控 制奠定了基礎(chǔ)。由傳遞函數(shù)可得系統(tǒng)的方塊圖（圖1）。二、數(shù)控工作臺(tái)電液伺服系統(tǒng)pid控制器的設(shè)計(jì)（-）pid控制器的原理pid控制器是將偏差的比例（p）、積分（i）和

3、微分（d） 通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，是一種線性控制器，它根據(jù)給定 值x （t）與實(shí)際輸出值y （t）構(gòu)成控制偏差對(duì)被控對(duì)象進(jìn) 行控制。pid控制系統(tǒng)原理框圖如圖2所示：（二）pid控制器參數(shù)的實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)電液伺服系統(tǒng)采用pid控制，采用基于 ziegler-nichols方法的對(duì) pid 參數(shù)進(jìn)行整定。 ziegler-nichols方法是基于穩(wěn)定性分析的pid整定方法。 該方法整定比例系數(shù)kp的思想是首先置kd=ki=0,然后增加 kp直至系統(tǒng)開(kāi)始振蕩（即閉環(huán)極點(diǎn)在j 3軸上），再將kp乘 以0. 6,即整定后的比例系數(shù)kp。ziegler-nichols方法簡(jiǎn) 單易行，但參數(shù)需進(jìn)一步

4、調(diào)整。對(duì)于給定的被控對(duì)象傳遞函數(shù)，利用根軌跡法可以確定 km和wnio對(duì)應(yīng)穿越虛軸j s軸時(shí)的增益即為km,而此點(diǎn)的 3值即為com。根軌跡是系統(tǒng)的某個(gè)特定參數(shù)，通常是增益從0變化到 無(wú)窮大時(shí)，描繪閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的根在s平面的所有可能 位置的圖形，其根軌跡見(jiàn)圖3：由rlocfind命令，可知在兩個(gè)復(fù)數(shù)分支穿越虛軸時(shí)系 統(tǒng)增益km=l. 9,該點(diǎn)頻率wm=249rad/s,此時(shí)比例系數(shù)kp二km 即系統(tǒng)臨界穩(wěn)定的系統(tǒng)增益。所以：kp=0. 6km=l. 14kd二kpn 124wm=0. 0036ki=kp « ml2 n =90. 4伺服系統(tǒng)pid控制器的傳遞函數(shù)為:d(s)=kp

5、+kds+ki12s 該伺服系統(tǒng)采用單位負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)，帶有pid控制器 的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：g ( s )=0. 197x4216x0.212(s2126002+2x0.512600s+l)s(s2123882+2x0.9412388s+l) x (kp+kds+ki12s)由于pid控制器是由偏差的比例(p)、積分(i)和微 分(d)的線性組合構(gòu)成控制量，根據(jù)組合的不同類型可以 構(gòu)成p、pi、pd和pid控制器。限于篇幅就不對(duì)p、pi、pd 控制器作具體介紹，只給出結(jié)果。根據(jù)matlab程序求出取 kp=0. 5、kd=0. 001、ki=0,上升時(shí)間=0. 0150s ,超調(diào)量 =0. 0604%,調(diào)節(jié)時(shí)間=0. 0280s,相位裕量=68. 7775rad/s, 幅值裕量=5. 1689db,系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伯德圖(圖4),對(duì)應(yīng)的部分 程序如下：clear all, close allnum=0. 197*4216*0. 2*0. 001 0. 197*4216*0. 2*0. 5den=conv ( 1/388/388 2*0.94/