基于PID的基本控制原理讲解.doc

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1、标题:运动控制PID入门问题:FlexMotion运动控制卡PID参数设定信息?解答:马达运动控制系统包含了五种主要组件-被移动的机械装置，具回授和马达运动控制I/O的马达，马达驱动器，智能型控制器，及程序/操作员接口软件。NationalInstruments除了提供精确、高效能的多轴马达运动控制产品供伺服与步进马达应用外，简单易用的马达运动控制器、软件、及接口设备则提供完整功能及能力给整合的马达运动控制解决方案。然而，当开始使用马达运动产品前，伺服马达系统的PID控制参数设定，在达成精准，稳定且快速的运动控制中扮演了极重大的角色。NationalInstruments随着马

2、达运动产品所附的Measurement&AutomationExplorer(MAX)整合测试环境软件，让您可轻易在其中测试马达系统。藉由在Measurement&AutomationExplorer(MAX)中获得的马达步阶响应测试结果，调整亦在MAX下设定的马达控制系统PID参数，将可轻松建立完美响应的马达运动系统。PID控制回路参数ProportionalGain(Kp)–Proportionalgain比例增益可视做马达系统之刚度(stiffness)。Kp值决定了正比于位置误差之回复力(restoringforce)的影响。此回复力相当作用在机械系统中弹簧的角色。较高

3、的Kp值可加快马达系统响应但同时导致系统过冲及振荡的不稳定性。DerivativeGain(Kd)–Derivativegain微分增益可视为马达系统的阻尼(damping)效应。Kd值决定了正比于位置误差变化率之回复力的影响。此力量等同作用于具阻尼效应的弹簧质量机构系统中的黏滞阻尼力(例如减震器)。增加Kd可降低因高加速度而在马达目标位置产生的来回震动。IntegralGain(Ki)–Integralgain积分增益可视为施加于马达系统的静态力矩。Integralgain决定了回复力如何扮演随着时间增加在伺服系统中迫使静态位置误差为零的角色。此一回复力将与作用于马达轴心，使

4、轴心在停止后位置误差为零的稳态力矩达成平衡。Ki值调整可增加位置精确度。高静态力矩负载需Kd值以减低马达系统停止后的位置误差。步阶响应您可以在NI所提供的Measurement&AutomationExplorer整合测试环境中的StepResponse选单中观看实际马达系统的步阶响应结果，在同一画面中绘出您系统的瞬时响应图。典形的步阶瞬时响应测试为先下一步阶运动指令于马达系统再量测出马达系统可在多快时间内达到稳定状态。从瞬时响应测试中，可以计算系统最大overshoot过冲、risetime上升时间,peaktime峰值时间,andsettlingtime趋稳时间。时域中的稳

5、定度透过步阶响应您可以确认马达系统的相对稳定度。当一马达系统所下指令为一有限位置，实际马达运转至有限位置时，此一系统可视为稳定。而一不稳定系统则为所下任何位置指令后，位置误差呈指数形式增加，亦即当马达系统到达所定位置后却震荡不已，无法逐渐稳定。Settlingtime趋稳时间:即马达系统响应曲线稳定落于经定义最终目标位置若干百分比(2%~5%)所需时间。Risetime上升时间:马达运动之步阶响应由目标位置的10%到90%所花费时间；所谓响应较快的系统即有较短的趋稳时间。Peaktime峰值时间:马达响应到达过冲的首次峰值所花时间。Maximumovershoot最大过冲:由响

6、应曲线所量测，从目标位置到最大峰值之数值。最大过冲值直接显示出系统相对之稳定性。CommandedPosition:马达预定所到位置。上图为例，其为从零到1000步。Steady-StatePositionerror稳态位置误差:当马达系统静止后与目标位置的差异。Settlingband趋稳区域:为定义趋稳时间而马达位置需落于特定范围内之区域。步级响应图之分析六种主要响应模式:1.不稳定系统将产生来回震荡、呈指数形式发散之响应。2.过阻尼系统有平滑、较缓慢之响应结果。此一系统特征为无过冲现像、较长的上升时间和趋稳时间。3.次临界阻尼系统有轻微震荡现像，但最终趋于稳定。其特色为较

7、大之过冲量、较长趋稳时间、短暂之峰值时间和上升时间。1.临界阻尼系统有最佳响应，其介于过阻尼和次阻尼系统之间。此种系统响应在响应时间和阻尼效应达成平衡。临界阻尼系统特点为相对于过阻尼系统具低幅度过冲量、快速上升时间和趋稳时间优点，而相对于次临界阻尼系统，其有较长峰值时间。2.一震荡系统具有一定震幅且连续的位置震荡。特点为趋稳时间无限大。3.Chattering系统具有高频低震幅震荡特点。此震荡现像通常可由人耳察觉。如何进行伺服马达PID参数调整当增加控制器之Kp值时，即意味将以较快的速度较大