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离散化数字检测方式

离散化数字检测方式

[来源:http://www.hqmotorcn.com]    [作者:东莞电机厂]    [日期:2018-02-08 11:07]    [热度:]

步进电机的工作原理是将输入的脉冲信号转换为电信号控制电机的转动,每个脉冲就对应一个步距角。一般情况下,步进电机控制系统属于开环控制,根据我们所学的控制理论和上小节所讲的开环控制方法可知,开环控制系统的精度不但与电机的控制精度有关,而且很大情况上取决于系统的机械结构。造成系统误差的原因主要有以下几个方面:1、系统传送装置存在传动误差,比如:齿轮间存在间隙误差,传送带由于长时间使用而产生的磨损、位移等形成的误差;2、系统的传送部件刚性不足产生较大摩擦力时,电机出现爬行现象产生误差;3、控制系统与驱动系统的指令传递和转换误差也会电机转角产生误差。由于上述原因产生的误差会使东莞电机转动的实际位置偏离指令位置,而步进电机的开环控制系统又无法校准和补偿这些误差信息,因此很难达到控制系统的精度要求。

 

在控制系统中加入位置检测装置对系统进行位置闭环,可以从根本上解决步进电机系统的精度问题。位置检测装置将步进电机的转动角度反馈给控制器,控制器根据指令位置与反馈位置调用闭环算法调整电机输入的脉冲数量和频率,从而使电机稳定运行,并使步进电机的转动角度与指令要求一致。

 

PID控制器经过几十年的发展,在各个领域仍然具有广泛应用。PID控制器不需要了解系统精确模型,只需要根据系统的输入量和反馈量之间的误差信息,对误差信息进行比例项、积分项、微分项参数调节。采用PID控制器具有结构简单、通俗易懂、鲁棒性强和可靠性好等优点。

图1:常规PID系统结构图

常规PID系统结构图

比例(P)环节就是将误差信号进行比例运算,然后输出给被控对象。比例环节的特点就是有差调节,每次调节过程中,被调量不可能与设定值完全相等,它们之间一定有少量的残差,残差的值可以通过比例系数计算得知。增大比例可以减小残差,单同时有可能会发生震荡,甚至不稳定。所以单独使用比例(P)环节,系统会存在稳态误差,影响系统精度。

 

积分(I)环节就是将误差信号的进行积分后输出给被控对象,被控对象的输入量正比于误差信号的积分值。如果差值大,积分环节的变化速度也大。积分环节中,积分系数的倒数在伺服控制系统中我们称为积分时间常数。积分时间常数越小,说明系统变化速度越快,所以增大积分系数(即减小积分时间常数)会增加系统快速性,同时会降低系统的稳定度。积分环节的优点是:随着时间的增加,误差积分相不断累积,当累计值足够大时,开始对系统起进一步调节作用,直到系统没有稳态误差积分调节作用才会消失,即采用积分环节,控制系统最终没有残差。东莞电机厂采用比例一积分调节器同时是利用比例调节快速抵消干扰误差功能和积分调节消除残差的功能,所以控制精度较高的场合一般要求使用比例一积分控制器。

 

微分(D)环节就是将误差信号的进行微分处理后输出给被控对象,调节器的输出量与误差信号对时间的导数成正比。当误差值很大时,经过比例环节后会进一步放大误差,系统可能会出现震荡现象,这时需要减弱比例环节的控制作用。微分调节可以根据差值的变化速度进行调节,而不是等到出现很大的误差后才开始起作用。即微分环节可以预测误差的变化趋势,在必要的时候可以抵消某些控制作用甚至是反作用,增加系统的稳定性,但Td过大,会使系统出现不稳定。微分环节只能起到辅助的调节作用,它可以与其他调节结合成PD和PID调节。

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