整定PI D参数改善爬行现象|加工中心

5.3整定PI D参数改善爬行现象

整定PID控制器不需要对正式控制理论深入了解，这样可以为研宄整定PID参数对爬行控制的情况带来很大方便。根据不同控制器的原理和结构不同可以分为三类控制：比例控制、积分控制和微分控制。这几种控制规律可单独使用或者组合使用，如比例控制器、比例积分控制器、比例微分控制器和比例积分微分控制器。根据不同的控制策略适应不同的控制场所。

利用ADAMS/View模块，根据图2.3,在工作台上加入一个PID控制系统来分析爬行现象是否能够得到改善，其他参数设置同图3.1 —致。首先在工作台上创建一个单分量力，设置力的值为0。建立控制系统输入环节，设定3个输入分别为：inpuU，函数表达式为 DX(maker5,0,maker9); input_2,函数表达式为 VX(maker5,makerl,maker9,0); input_3,函数表达式为0。然后确定PID环节，名称为pid_l并设置三个增益参数。再仓ij 建比较环节，名称为sum_l。最后将设置好的单分量力参数化，函数表达式为 VARVAL(sum_l_inputl)

5.3.1比例控制

根据工程整定算法，取一个较短的周期来探宄将PID应用到爬行模型时，对爬行速度曲线造成的影响，在一个随机取的周期内逐一验证它们对爬行的改善情况和所呈现出来的规律。

在上面6组数据所模拟出的仿真图中可以看出：当PGain=0.3时，速度波动在3.6s 以内，在1.8333s时速度最大，达到了 75.4816mm/s; PGain=0.5时，速度波动控制在Is内，在0.3333s时出现了速度最大值66.3152; P Gain=0.7时，速度从0到0.2333s 内几乎无上升迹象，在0.2333s到0.3s之间达到了最大值8.3656mm/s,紧接着在Is 之后迅速稳定在8mm/s; PGain=0.8时，有两个比较明显的区间段，速度在0?0.333s 时上升非常缓慢，在〇.333s?0.4s时速度升至8mm/s,以后恒定在驱动速度不变；P Gain=0.9时，速度波动持续了 0.6667s,最大速度出现在0.2333s时，速度达到了 47.3671mm/s;当PGain=0.5时，速冻在5s内持续波动，爬行没有改善，速度波动出现了一定的规律性，在1.2s、2.6333s、4.0667s同时出现最大速度为124.8516。通过以上的详细分析可以看出，当比例控制的参数取为0.7或0.8时对改善爬行现象最好，当P Gain的参数选取小于0.7时，从0.1?0.6依次增大时，爬行改善效果越来越好，当P Gain的参数选取大于0.8时，爬行现象逐渐严重，并且参数选取的越大对抑制爬行越不利。由此得出结论：单纯的比例控制完全能改善爬行现象，比例系数过小达不到抑制爬行的效果，比例系数过大又会造成系统的不稳定从而造成爬行现象越来越严重。

从图5.4能够看出：图5.4 (a)中，加速度波动在3.5667s以内，正向最大加速度出现在2.2s，加速度值为23757.1231 mm/s2，反向最大加速度为-15858.177 mm/s2;图5.4 (b)中加速度波动在Is以内，正向加速度出现在0.9s，最大值为11187.5145 mm/s2,最大反向加速度在0.3333s时，达到了-10407.065 mm/s2;图5.4(c)正向最大加速度是0 mm/s2, 反向最大加速度为-116.5825 mm/s2;图5.4(d)加速度波动在0.4333s内，正向最大加速度出现在0.3333s，其值为638.811 mm/s2，反向最大加速度为-1352.2847 mm/s2;图5.4

(d) 分别在0.2333s和0.4333s时出现了最大最小加速度，其值分别为8056.9083 mm/s2 和-5435.9045 mm/s2;图 5.4 (f)在 0.6667s、2.1s、3.5333s 和 4.9667s 同时出现了最大值 27258.357 mm/s2,反向最大加速度则在0.4667s时，其值为-14524.9678 mm/s2。从加速度仿真图也验证了由速度图总结出的规律。

5.3.2比例-积分控制

分别取 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 依然取为零，则得到ADAMS仿真图形如下所示：

在图5.5 (a)中，比例和积分的增益参数都为0.1时，速度波动控制在1.1667s之内，在0.9s时出现最大速度72.7859mm/s;图5.5 (b)中增益参数调大到0.4时，速度在0.5s内有较大的起伏，出现的最高速度为48.963mm/s;图5.5 (c)中将参数调整到 0.5时没有出现爬行，在0?0.2s之内速度从Omm/s变为0.448mm/s，速度变化缓慢，在 0.2?0.3s时速度急居丨J上升至8.4694mm/s，可以明显的看出稳定后的速度与驱动速度不匹配，控制力度不足；图5.5 (d)在0.3s时速度波动最大值达到50.4752mm/s,紧接着在0.3333s之后稳定在8.4mm/s,又在4.9s以后出现下降的趋势；图5.5 (e)中增益参数调到0.9时，对系统造成了过度控制，速度在0.2333s之内呈现缓慢上升趋势，在 0.3s之内速度急剧上升，达到最大值为9.1927mm/s,又在3.5667?3.6667s之间使速度降为7.557mm/s,最后速度保持在7.557mm/s,此图也出现了如图5.5 (d)的情况；图5.5(d)也同样出现了超调现象。由此得出结论:PI控制过小达不到抑制爬行的目的，有时会出现控制力度不够的情况，而PI控制过大又容易出现系统超调现象，造成系统不稳定。相比较单纯的比例控制而言，抑制爬行的效果较差。下面通过加速度图来进一步验证：

5.3.3比例-积分-微分控制

图5.7 (a)中选取三个增益参数同时为0.3,此时速度波动控制在了 1.1333s内，最大波动速度为71.3665mm/s;图5.7(b)爬行控制在0.5333s之内，时间在0.3333s 时出现了最大速度为48.963mm/s;图5.7 (c)中，在0.2333s?0.3s之间，速度上升飞快，最高速度达到了 8.4694mm/s，之后速度有所下滑，最后稳定在8.206mm/s;图

5.7 (d)中对爬行的改善情况和图5.7 (c)大致相似，存在同样的问题；图5.7 (e) 中在0.3s时速度达到最大，其值为50.4752,从图中可以明显看出，在0.4s以前速度波动幅度较大，在0.4s以后速度稳定在了 8.2851mm/s，在4.9s时考试出现速度下降的趋势;在图5.7(f)中，在0?0.2s之间速度由Omm/s升至0.0431mm/s,在0.2?0.2333s 之间速度由〇.〇431mm/s升至9.1927mm/s (速度最大值）；在0.2333s?0.3s之间速度下降为8.3829mm/s,并且一直持续到3.5667s;在3.5667s?3.6667s之间速度又降为 7.5777mm/s。由图5.7中（a)和（b)看出，当PID的3个增益系数在0.5以下时，X寸爬行虽然有改善，但是前期爬行出现的时间过长并且爬行出现时达到的最高速度与驱动速度差值过大；图5.7中（c)和（d)分别把增益参数调整为0.5和0.6时，控制爬行效果最好，但是驱动速度与工作台速度不匹配，有偏差；当PID的3个增益系数在0.5以上时，PID控制力度过大，稳定时的速度先高于8mm/s后又低于8mm/s，仍然存在与驱动速度不匹配的问题。由此可知：PID控制对爬行有改善，但是控制效果不理想，最后趋于稳定的速度与驱动速度有一定的偏差，存在和PI控制一样的问题。针对这种情况，可以进行参数化计算，创建设计变量来解决。下面是加速度模拟仿真图：

5.3.4参数化计算

单击菜单【build】【Design Variable】【New】，弹出创建设计变量对话框，在 List of allow values 输入框中，设置 DV_1 参数为 0.4,、0.6、0.9 和 1，DV_2 参数为 0.7 和0.8。单击【simulate】【Design Evaluation】后，弹出计算对话框，在Design Variable 后面分别输入DV_1和DV_2,单击start按钮分别进行参数化计算。

对P Gain进行参数化计算中，选取在PID控制中改善效果较好的参数，作为Design Variable的参数。从图5.9中可以看出，（b)图要比（a)改善效果好，完全抑制了爬行，并且整个机械传动系统不存在控制力度过小或者超调的现象。

对I Gain进行参数化计算，对比图5.6可以看出，没有对P Gain进行参数化计算效果好，前期速度一直存在波动，仍然存在爬行现象。

对D Gain进行参数化计算（其中P Gain=0,1 Gain=0)得到ADAMS仿真图如下：

同时对P Gain、I Gain和D Gain三个增益参数进行参数化计算，出现了 PI控制和

PID控制一样的问题，参数设置的过大容易导致系统出现超调现象。在图5.12中，只有将0.6进行参数化计算时效果最理想并且完全抑制了爬行。

本文采摘自“振动对数控机床进给系统爬行的影响”，因为编辑困难导致有些函数、表格、图片、内容无法显示，有需要者可以在网络中查找相关文章！本文由伯特利数控整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！

整定PI D参数改善爬行现象

加工中心 数控加工中心 CNC加工中心 数控机床相关内容

U600S五轴加工中心视频

六角亭五轴加工工艺

自适应控制方法在混联五轴加工中心中的应用

五轴加工中心和五轴钻攻中心在机测量探头补

五轴加工中心进给系统动态误差影响因素

产品中心

U260T五轴钻攻中心

U260V五轴加工中心

U350V五轴加工中心

联系我们

关注官方微信