變速積分PID在滾刺機(jī)中的應(yīng)用

4 算法分析

　　由于速度調(diào)節(jié)是在一定的速度基礎(chǔ)上進(jìn)行的，控制器只需要輸出電壓的變化量，因此，采用增量式PID控制算法?？刂破鞯妮斎肓繛閭鞲衅鳈z測(cè)到的速度與設(shè)定速度的偏差信號(hào)，輸出量為控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的驅(qū)動(dòng)電壓的增量。電機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)組成框圖如圖5所示。

　　在PLC中難以實(shí)現(xiàn)微分與積分，卻可以實(shí)現(xiàn)差分，故把它改為差分方程形式：

(10)

　　其中，T為采樣周期，k為采樣序號(hào)，分別為第次和k次采樣所得的偏差信號(hào)。

(11)

　　由式(10)和式(11)便可得出增量式PID 算法：

(12)

　　式中：。

　　式(12)表示了各次誤差量對(duì)控制作用的影響，而且，增量式PID 控制算法只要存儲(chǔ)最近三次采樣值就可以了。

　　實(shí)際控制過(guò)程：光電編碼器反饋回電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)并轉(zhuǎn)化為電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)PID控制器以及一系列計(jì)算處理之后，得到電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓偏差，進(jìn)而得到新的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓， 最后經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制器產(chǎn)生PWM 控制信號(hào)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)?？紤]到偏差較大時(shí)， 要求快速跟蹤;偏差較小時(shí)，要求精度高。但這兩個(gè)要求存在一定的矛盾，如果按快速跟蹤來(lái)設(shè)計(jì)控制器，在偏差小時(shí)會(huì)產(chǎn)生振蕩或超調(diào);如果按精度高來(lái)設(shè)計(jì)控制器，在偏差大時(shí)無(wú)法快速跟蹤。為了使系統(tǒng)在偏差大和小時(shí)都能滿足要求，采用了變速積分增量式PID算法，通過(guò)不斷改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與偏差大小相對(duì)應(yīng)，偏差越大，積分越慢;反之則越快。

　　在選擇PID參數(shù)的過(guò)程中，通?？上雀鶕?jù)輸出曲線的形狀來(lái)確定參數(shù)K_p、K_I和K_D的大體范圍，然后根據(jù)系統(tǒng)的輸出，得到參數(shù)的具體值。采用Ziegler-Nichols整定經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定參數(shù)K_p和K_D的值分別為60和3 ;變速積分PID中的常數(shù)A和B分別為0.7和0.2。

5 仿真結(jié)果分析

　　系統(tǒng)的速度響應(yīng)曲線仿真圖如圖6所示。

　　由圖6的階躍響應(yīng)仿真結(jié)果可知，采用變速積分增量式PID控制可以避免普通增量式PID 控制所產(chǎn)生的過(guò)大超調(diào)，同時(shí)又提高了電機(jī)調(diào)速的快速性，其達(dá)到最高速的時(shí)間為3 s ， 而普通增量式PID控制算法達(dá)到勻速的時(shí)間為5 s ，傳統(tǒng)交流異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間為16s。因此，采用變速積分增量式算法， 系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、控制穩(wěn)態(tài)性能好， 并能很快趨于穩(wěn)定的特點(diǎn)， 適用于電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的高速控制。

6 結(jié)論

　　1) 使用設(shè)計(jì)的變速積分PID控制算法，通過(guò)參數(shù)分情況加入不同積分的作用進(jìn)行控制，使滾刺機(jī)在啟動(dòng)控制上具備了啟動(dòng)速度快，控制精度高的良好特性，并克服了電機(jī)系統(tǒng)本身的滯后問(wèn)題;

　　2)文中設(shè)計(jì)的新型PID控制方法，在鋼廠現(xiàn)場(chǎng)有比較大的負(fù)載干擾的情況下仍然能在3s內(nèi)很好的準(zhǔn)確達(dá)到設(shè)定速度，完全滿足鋼廠實(shí)際滾除毛刺的工藝要求。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]徐靜，阮毅，陳伯時(shí).異步電機(jī)按定子磁場(chǎng)定向的轉(zhuǎn)差頻率控制[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2003，7(1):1-4.

　　[2]解宏基，任光，朱利民，等.交流三相異步電動(dòng)機(jī)建模及仿真研究[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，30(2):60-64.

　　[3]程偉，馬樹元，吳平東，等.交流異步電機(jī)的建模與仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2005，(3):69-70.

　　[4]Yuan-yih Hsu，Kan-lee Liou.Design of Self-turning PID Power System Stabilizers for Synchronous Generators[J].IEEE Trans EC，1987，2(3):343-348.

　　[5]譚寶成，黨莉.變速積分增量式PID在氣力除灰控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30(5):478-481.

　　[6]賈建強(qiáng)，韓如成，左龍.基于MATLAB/SIMULINK的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2000，4(2):91-93.

本文來(lái)源于中國(guó)科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第9期第61頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。