本特利 330101-30-63-10-02-CN
本特利 330101-30-63-10-02-CN
本特利 330101-30-63-10-02-CN
系統(tǒng)PID參數(shù)分析與整定
3.1 PID參數(shù)：鑒于貨架冷彎型鋼冷彎生產(chǎn)線的具體生產(chǎn)過程的間斷性特點，有利于采用現(xiàn)場經(jīng)驗整定法獲取有效PID參數(shù)并能達(dá)到一個較好的控制效果，初期PID比例參數(shù)按經(jīng)驗數(shù)據(jù)設(shè)定，并依先比例，后積分，最后微分的順序進(jìn)行PID參數(shù)調(diào)整，在觀察現(xiàn)場控制過程、過程值及運動控制精度的測量比較的同時，慢慢的改變PID參數(shù)值并反復(fù)湊試，直到運動控制精度及其穩(wěn)定性符合要求為止。PID最佳整定參數(shù)確定后，并不能說明它永遠(yuǎn)都是最佳的，仍然會受外界擾動而發(fā)生根本性的改變并要求重新根據(jù)需要進(jìn)行最佳參數(shù)的整定，實際過程中可以發(fā)現(xiàn)輸出與誤差的關(guān)系式如下所示： 上式中，U(n)為第n個采樣周期的控制輸出；e(n)為第n個采樣周期的位置誤差；n為正常采樣周期； 為微分采樣周期；kp為比例增益；ki為積分比例增益；kd為微分比例增益。PID控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)輸出就是為了保證偏差值e為零，使系統(tǒng)達(dá)到一個預(yù)期穩(wěn)定狀態(tài)。
3.2控制系統(tǒng)參數(shù)的整定：主控PLC程序中的PID參數(shù)整定及系統(tǒng)運動分析，看給定的參數(shù)是否符合控制系統(tǒng)的要求，該過程需用參數(shù)整定實現(xiàn)。參數(shù)整定的主要任務(wù)是確定kp、ki、kd、采樣周期n及微分采樣周期 ；比例增益kp提供了一個與位置誤差成正比的輸出，比例系數(shù)kp增大，使伺服驅(qū)動系統(tǒng)的動作靈敏、響應(yīng)加快，而過大會引起振蕩，調(diào)節(jié)時間加長；積分比例增益ki提供了隨時間增長的輸出，因此保證了靜態(tài)位置誤差為0，積分系數(shù)Ki增大，能消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，但穩(wěn)定性下降；微分比例增益kd提供了與位置變化率成正比的輸出，起到了超前控制的作用，減小了系統(tǒng)的超調(diào)，保證了系統(tǒng)的動態(tài)特性良好，微分控制kd可以改善動態(tài)特性，使超調(diào)量減少，調(diào)整時間縮短。采樣周期的選取應(yīng)遠(yuǎn)小于對象的擾動周期、應(yīng)比對象的時間常數(shù)小得多、應(yīng)考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度、對象所要求的調(diào)節(jié)品質(zhì)等，實際上盡量選取小量值；具體整定過程需要根據(jù)PID參數(shù)來制定現(xiàn)場的適應(yīng)參數(shù)和現(xiàn)場的實際調(diào)整設(shè)定，由于系統(tǒng)主控PLC程序中的PID參數(shù)不能實現(xiàn)實時在線調(diào)整，需要根據(jù)不同的產(chǎn)品或負(fù)載情況分別整定，并在生產(chǎn)工具過程中通過觸摸屏分別輸入整定值來實現(xiàn)有效控制，否則易形成位置控制過程的超調(diào)或振蕩等現(xiàn)象。
4 調(diào)試要點及注意事項
4.1交流位置伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能是冷彎設(shè)備在線調(diào)試過程中的重要階段，直接決定了冷彎設(shè)備的工作性能和產(chǎn)品的孔位精度分布規(guī)律和控制精度。如貨架冷彎機(jī)組中的伺服系統(tǒng)的控制要求很高, 不應(yīng)有任何振蕩和超調(diào), 否則會造成貨架組件的側(cè)立面孔位誤差大，孔位分布不均勻，嚴(yán)重影響貨架的裝配精度和使用性能，降低成品率，增加生產(chǎn)經(jīng)營成本。貨架冷彎機(jī)組中的伺服定長送料為斷續(xù)送料模式，其送料的長度與配套設(shè)備的加工時間決定于交流位置伺服系統(tǒng)的運動節(jié)拍，控制定位精度及交流位置伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能等，其動態(tài)性能一般可由系統(tǒng)在單位階躍輸入信號作用下的時間響應(yīng)曲線來描述。如圖2所示可通過多種調(diào)整變化的形式逐漸到達(dá)定位點，我們希望獲得圖中標(biāo)示為1的單調(diào)變化模式，不希望出現(xiàn)標(biāo)示為2或3的振蕩波形，標(biāo)示為4的調(diào)整模式會形成不到位故障或伺服系統(tǒng)隨動誤差大、調(diào)節(jié)時間延長等現(xiàn)象，影響整機(jī)的速度匹配和控制精度等。圖示出的常用的動態(tài)性能指標(biāo)有： 上升時間tr、調(diào)節(jié)時間ts和超調(diào)量σ%。其中上升時間tr反映了系統(tǒng)的動態(tài)靈敏度和系統(tǒng)過渡過程的快速性； 調(diào)節(jié)時間ts又稱過渡過程時間，是衡量系統(tǒng)快速性的主要指標(biāo)； 超調(diào)量σ%是反映在系統(tǒng)過度過程進(jìn)行得是否平穩(wěn)的指標(biāo)。
圖2 交流位置伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能圖示
4.2在系統(tǒng)調(diào)試時, 完全可通過對系統(tǒng)動態(tài)性能的這些指標(biāo)進(jìn)行在線軟件測試、相關(guān)數(shù)據(jù)分析得到系統(tǒng)參數(shù)應(yīng)調(diào)試的值, 如：SIMATIC STEP 7軟件針對SIMATIC S7-300 FM 354 SERVO模塊的DB1200中的參數(shù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)控制精度、運行速度等的優(yōu)化配置以及在線伺服系統(tǒng)的監(jiān)測，系統(tǒng)分析關(guān)鍵參數(shù)的走勢，如運動超調(diào)量的變化、速度及電流值的變化，從而調(diào)節(jié)使伺服系統(tǒng)達(dá)到理想狀態(tài)。如確認(rèn)伺服系統(tǒng)運動執(zhí)行元件對上位機(jī)的指令執(zhí)行偏差情況，可采用指令偏差的自動或手動模式進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)優(yōu)化伺服控制器和伺服電機(jī)的設(shè)定參數(shù)，對SIMATIC S7-300上位機(jī)及SIMATIC S7-300 FM 354 SERVO模塊伺服控制參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整等，也可選用特定的調(diào)試軟件來輔助設(shè)定和調(diào)整控制參數(shù)。如：速度指令調(diào)整增益、速度環(huán)路增益等增益參數(shù)的調(diào)整，來獲得優(yōu)化參數(shù)和控制效果，由于伺服系統(tǒng)帶負(fù)載運行時存在系統(tǒng)與負(fù)載動態(tài)匹配的問題、存在參數(shù)時變、負(fù)載擾動以及伺服電機(jī)自身和被控對象的嚴(yán)重非線性、強耦合性等不確定因素，必須在線修訂模糊控制的數(shù)學(xué)模型和控制敏感參數(shù)，相應(yīng)的PID控制參數(shù)，以實現(xiàn)系統(tǒng)無超調(diào)和振蕩現(xiàn)象。如：貨架冷彎機(jī)組在設(shè)計時會考慮使用多板厚同規(guī)格的系列產(chǎn)品、或通過不同的冷彎工藝在一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)不同規(guī)格尺寸的貨架產(chǎn)品，故交流位置伺服系統(tǒng)的負(fù)載的大小和性質(zhì)會發(fā)生多種變化，甚至相同規(guī)格卷料在更換后也會造成負(fù)載的不穩(wěn)定與變化, 這種變化將使系統(tǒng)的性能特別是動態(tài)性能變得復(fù)雜，使運動定位出現(xiàn)振蕩、超調(diào)甚至于不能穩(wěn)定運行，必須在調(diào)試現(xiàn)場測定系統(tǒng)所帶負(fù)載的動態(tài)性能指標(biāo)和伺服系統(tǒng)在線帶負(fù)載時的動態(tài)性能指標(biāo), 在調(diào)試過程中對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)性能分析與測定, 并憑經(jīng)驗由人工進(jìn)行現(xiàn)場在線修正與調(diào)試，調(diào)試現(xiàn)場也需要配合相當(dāng)?shù)娜肆M(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的收集整理、數(shù)據(jù)分析處理等。
4.3主要完成以下工作：
1）、實時采集數(shù)據(jù), 即測試帶載系統(tǒng)的動態(tài)性能參數(shù), 如實際速度、實際位置參數(shù)等，主要是通過一些專用的參數(shù)單元、計算及監(jiān)控軟件，通過使用這些工具和手段進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的設(shè)定、監(jiān)控、波形顯示、I/O檢查監(jiān)控、在線調(diào)整、運動參數(shù)的獲取與處理等。
2）、輔助作圖, 把這些參數(shù)用曲線形式表示出來, 如畫成速度響應(yīng)曲線、位置響應(yīng)曲線等；
3）、求出系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo), 如: 上升時間tr、調(diào)節(jié)時間ts和超調(diào)量σ%等。
4）、根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)的走勢，重新制訂交流位置伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能在線調(diào)試方案，
5）、事實上可以實現(xiàn)伺服定位控制穩(wěn)定在編碼器一個角脈沖波動范圍上，并穩(wěn)定實現(xiàn)運動控制。如：我公司選用的編碼器為2000p/r，測量輥周長為300mm，貨架組件的孔位控制精度理論上可實現(xiàn)±0.075mm，考慮到冷彎卷料的表面平整度等其它因素的影響，其實際孔位控制精度要低些；根據(jù)從生產(chǎn)現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)分析，實際孔位控制精度σ達(dá)到±0.10mm以內(nèi)，且誤差基本符合正態(tài)分布規(guī)律，從根本上也保證了總長度上的累積誤差最小，基本穩(wěn)定在6σ以內(nèi)。交流伺服系統(tǒng)最高運行速度可達(dá)60M/min以上，整機(jī)匹配運行速度可達(dá)到20M/min以上等，極大地提高了冷彎型鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)制造品質(zhì)、生產(chǎn)效率和應(yīng)用范圍。
Allen-Bradley 1771-OMIFM OID200
Facts F4-CP128-1
Omron C20-MC224
Elin A1511 GM228 4616520/A
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Artis MU2
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Siemens 6ES7132-4HB01-0AB0
Valmet 850321 AK4A
Valmet M850017 MK20B
Mauell PGK001
Valmet VMX-06
Telemecanique TSXAEG4111
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Mitsubishi A1SJ71UC24-R4
Pro-Face GP070-MPI-41
Siemens 6DS1326-8AA
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GE Fanuc IC600CB524M
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Allen-Bradley 1771-OAD/B
Modicon AS-B827-032
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Donaldson P170068-016-140
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BBC ZT319b-E 7036
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Allen-Bradley 1756-IB32
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Siemens 6ES5255-3AA11
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Banner S18SN6FF50Q
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Omron E2Q2-N20F1-H
B&R ECPIF3-0
IFM Efector ID5005 IDE3060-FPKG
B&R 3DI477.6
Siemens 4EM4900-5CB
Norgren SXE9573-180-00
Sick WL34-B440
Siemens 6EP1931-2FC01
Danfoss EV250B
TR Electronic CE-100-M
Omron C500-OD412
注：聯(lián)系我時，請說是在“傲立機(jī)床網(wǎng)”上看到的，謝謝！
