5.3整定pi d參數(shù)改善爬行現(xiàn)象
整定pid控制器不需要對正式控制理論深入了解，這樣可以為研宄整定pid參 數(shù)對爬行控制的情況帶來很大方便。根據(jù)不同控制器的原理和結(jié)構(gòu)不同可以分為三類 控制：比例控制、積分控制和微分控制。這幾種控制規(guī)律可單獨使用或者組合使用， 如比例控制器、比例積分控制器、比例微分控制器和比例積分微分控制器。根據(jù)不同 的控制策略適應(yīng)不同的控制場所。
利用adams/view模塊，根據(jù)圖2.3,在工作臺上加入一個pid控制系統(tǒng)來分析爬 行現(xiàn)象是否能夠得到改善，其他參數(shù)設(shè)置同圖3.1 —致。首先在工作臺上創(chuàng)建一個單分 量力，設(shè)置力的值為0。建立控制系統(tǒng)輸入環(huán)節(jié)，設(shè)定3個輸入分別為：inpuu，函數(shù)表達(dá)式為 dx(maker5,0,maker9); input_2,函數(shù)表達(dá)式為 vx(maker5,makerl,maker9,0); input_3,函數(shù)表達(dá)式為0。然后確定pid環(huán)節(jié)，名稱為pid_l并設(shè)置三個增益參數(shù)。再倉ij 建比較環(huán)節(jié)，名稱為sum_l。后將設(shè)置好的單分量力參數(shù)化，函數(shù)表達(dá)式為 varval(sum_l_inputl)
5.3.1比例控制
根據(jù)工程整定算法，取一個較短的周期來探宄將pid應(yīng)用到爬行模型時，對爬行 速度曲線造成的影響，在一個隨機取的周期內(nèi)逐一驗證它們對爬行的改善情況和所呈 現(xiàn)出來的規(guī)律。
在上面6組數(shù)據(jù)所模擬出的仿真圖中可以看出：當(dāng)pgain=0.3時，速度波動在3.6s 以內(nèi)，在1.8333s時速度大，達(dá)到了 75.4816mm/s; pgain=0.5時，速度波動控制 在is內(nèi)，在0.3333s時出現(xiàn)了速度大值66.3152; p gain=0.7時，速度從0到0.2333s 內(nèi)幾乎無上升跡象，在0.2333s到0.3s之間達(dá)到了大值8.3656mm/s,緊接著在is 之后迅速穩(wěn)定在8mm/s; pgain=0.8時，有兩個比較明顯的區(qū)間段，速度在0?0.333s 時上升非常緩慢，在〇.333s?0.4s時速度升至8mm/s,以后恒定在驅(qū)動速度不變；p gain=0.9時，速度波動持續(xù)了 0.6667s,大速度出現(xiàn)在0.2333s時，速度達(dá)到了 47.3671mm/s;當(dāng)pgain=0.5時，速凍在5s內(nèi)持續(xù)波動，爬行沒有改善，速度波動出 現(xiàn)了一定的規(guī)律性，在1.2s、2.6333s、4.0667s同時出現(xiàn)大速度為124.8516。通過 以上的詳細(xì)分析可以看出，當(dāng)比例控制的參數(shù)取為0.7或0.8時對改善爬行現(xiàn)象， 當(dāng)p gain的參數(shù)選取小于0.7時，從0.1?0.6依次增大時，爬行改善效果越來越好， 當(dāng)p gain的參數(shù)選取大于0.8時，爬行現(xiàn)象逐漸嚴(yán)重，并且參數(shù)選取的越大對抑制爬 行越不利。由此得出結(jié)論：單純的比例控制*能改善爬行現(xiàn)象，比例系數(shù)過小達(dá)不到 抑制爬行的效果，比例系數(shù)過大又會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定從而造成爬行現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。
從圖5.4能夠看出：圖5.4 (a)中，加速度波動在3.5667s以內(nèi)，正向大加速度出 現(xiàn)在2.2s，加速度值為23757.1231 mm/s2，反向大加速度為-15858.177 mm/s2;圖5.4 (b)中加速度波動在is以內(nèi)，正向加速度出現(xiàn)在0.9s，大值為11187.5145 mm/s2, 大反向加速度在0.3333s時，達(dá)到了-10407.065 mm/s2;圖5.4(c)正向大加速度是0 mm/s2, 反向大加速度為-116.5825 mm/s2;圖5.4(d)加速度波動在0.4333s內(nèi)，正向大加速 度出現(xiàn)在0.3333s，其值為638.811 mm/s2，反向大加速度為-1352.2847 mm/s2;圖5.4
(d) 分別在0.2333s和0.4333s時出現(xiàn)了大小加速度，其值分別為8056.9083 mm/s2 和-5435.9045 mm/s2;圖 5.4 (f)在 0.6667s、2.1s、3.5333s 和 4.9667s 同時出現(xiàn)了大值 27258.357 mm/s2,反向大加速度則在0.4667s時，其值為-14524.9678 mm/s2。從加速度 仿真圖也驗證了由速度圖總結(jié)出的規(guī)律。
5.3.2比例-積分控制
分別取 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 取為零，則得到adams仿真圖形如下所示：
在圖5.5 (a)中，比例和積分的增益參數(shù)都為0.1時，速度波動控制在1.1667s之 內(nèi)，在0.9s時出現(xiàn)大速度72.7859mm/s;圖5.5 (b)中增益參數(shù)調(diào)大到0.4時，速度 在0.5s內(nèi)有較大的起伏，出現(xiàn)的高速度為48.963mm/s;圖5.5 (c)中將參數(shù)調(diào)整到 0.5時沒有出現(xiàn)爬行，在0?0.2s之內(nèi)速度從omm/s變?yōu)?.448mm/s，速度變化緩慢，在 0.2?0.3s時速度急居丨j上升至8.4694mm/s，可以明顯的看出穩(wěn)定后的速度與驅(qū)動速度不 匹配，控制力度不足；圖5.5 (d)在0.3s時速度波動大值達(dá)到50.4752mm/s,緊接著 在0.3333s之后穩(wěn)定在8.4mm/s,又在4.9s以后出現(xiàn)下降的趨勢；圖5.5 (e)中增益 參數(shù)調(diào)到0.9時，對系統(tǒng)造成了過度控制，速度在0.2333s之內(nèi)呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，在 0.3s之內(nèi)速度急劇上升，達(dá)到大值為9.1927mm/s,又在3.5667?3.6667s之間使速度 降為7.557mm/s,后速度保持在7.557mm/s,此圖也出現(xiàn)了如圖5.5 (d)的情況； 圖5.5(d)也同樣出現(xiàn)了超調(diào)現(xiàn)象。由此得出結(jié)論:pi控制過小達(dá)不到抑制爬行的目的， 有時會出現(xiàn)控制力度不夠的情況，而pi控制過大又容易出現(xiàn)系統(tǒng)超調(diào)現(xiàn)象，造成系統(tǒng)不 穩(wěn)定。相比較單純的比例控制而言，抑制爬行的效果較差。下面通過加速度圖來進(jìn)一步 驗證：
5.3.3比例-積分-微分控制
圖5.7 (a)中選取三個增益參數(shù)同時為0.3,此時速度波動控制在了 1.1333s內(nèi)， 大波動速度為71.3665mm/s;圖5.7(b)爬行控制在0.5333s之內(nèi)，時間在0.3333s 時出現(xiàn)了大速度為48.963mm/s;圖5.7 (c)中，在0.2333s?0.3s之間，速度上升 飛快，高速度達(dá)到了 8.4694mm/s，之后速度有所下滑，后穩(wěn)定在8.206mm/s;圖
5.7 (d)中對爬行的改善情況和圖5.7 (c)大致相似，存在同樣的問題；圖5.7 (e) 中在0.3s時速度達(dá)到大，其值為50.4752,從圖中可以明顯看出，在0.4s以前速度 波動幅度較大，在0.4s以后速度穩(wěn)定在了 8.2851mm/s，在4.9s時考試出現(xiàn)速度下降 的趨勢;在圖5.7(f)中，在0?0.2s之間速度由omm/s升至0.0431mm/s,在0.2?0.2333s 之間速度由〇.〇431mm/s升至9.1927mm/s (速度大值）；在0.2333s?0.3s之間速度 下降為8.3829mm/s,并且一直持續(xù)到3.5667s;在3.5667s?3.6667s之間速度又降為 7.5777mm/s。由圖5.7中（a)和（b)看出，當(dāng)pid的3個增益系數(shù)在0.5以下時，x寸 爬行雖然有改善，但是前期爬行出現(xiàn)的時間過長并且爬行出現(xiàn)時達(dá)到的高速度與驅(qū)動 速度差值過大；圖5.7中（c)和（d)分別把增益參數(shù)調(diào)整為0.5和0.6時，控制爬行效 果，但是驅(qū)動速度與工作臺速度不匹配，有偏差；當(dāng)pid的3個增益系數(shù)在0.5以 上時，pid控制力度過大，穩(wěn)定時的速度先高于8mm/s后又低于8mm/s，仍然存在與驅(qū) 動速度不匹配的問題。由此可知：pid控制對爬行有改善，但是控制效果不理想，后趨于穩(wěn)定的速度與驅(qū)動速度有一定的偏差，存在和pi控制一樣的問題。針對這種情況， 可以進(jìn)行參數(shù)化計算，創(chuàng)建設(shè)計變量來解決。下面是加速度模擬仿真圖：
5.3.4參數(shù)化計算
單擊菜單【build】【design variable】【new】，彈出創(chuàng)建設(shè)計變量對話框，在 list of allow values 輸入框中，設(shè)置 dv_1 參數(shù)為 0.4,、0.6、0.9 和 1，dv_2 參數(shù)為 0.7 和0.8。單擊【simulate】【design evaluation】后，彈出計算對話框，在design variable 后面分別輸入dv_1和dv_2,單擊start按鈕分別進(jìn)行參數(shù)化計算。
對p gain進(jìn)行參數(shù)化計算中，選取在pid控制中改善效果較好的參數(shù)，作為design variable的參數(shù)。從圖5.9中可以看出，（b)圖要比（a)改善效果好，*抑制了爬行， 并且整個機械傳動系統(tǒng)不存在控制力度過小或者超調(diào)的現(xiàn)象。
對i gain進(jìn)行參數(shù)化計算，對比圖5.6可以看出，沒有對p gain進(jìn)行參數(shù)化計算效 果好，前期速度一直存在波動，仍然存在爬行現(xiàn)象。
對d gain進(jìn)行參數(shù)化計算（其中p gain=0,1 gain=0)得到adams仿真圖如下：
同時對p gain、i gain和d gain三個增益參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化計算，出現(xiàn)了 pi控制和
pid控制一樣的問題，參數(shù)設(shè)置的過大容易導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。在圖5.12中，只有 將0.6進(jìn)行參數(shù)化計算時效果并且*抑制了爬行。
本文采摘自“振動對數(shù)控機床進(jìn)給系統(tǒng)爬行的影響”，因為編輯困難導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！本文由伯特利數(shù)控整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請注明！