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企業(yè)新聞

雷賽步進(jìn)電機(步進(jìn)電機調(diào)速系統(tǒng)算法的設(shè)計)

發(fā)布時間:2021-03-15 15:00

在步進(jìn)電機速度控制系統(tǒng)的設(shè)計中,算法是非常重要的一環(huán)。只有確定了算法后,才可以精確控制步進(jìn)電機的速度,并同時達(dá)到精確速度控制的目的。同時,算法也是編寫軟件的前提和基礎(chǔ)??刂扑惴ㄓ泻芏喾N,常用的兩種算法是PID和模糊控制算法。

PID控制和模糊控制是兩種常用的控制方法,但仍存在一些缺點。例如,一般的PID控制容易出現(xiàn)過沖,并且模糊控制的穩(wěn)態(tài)精度不高。它基于這兩種控制方法。改進(jìn)可以創(chuàng)建各種更好的控制方法。本文所采用的具有動態(tài)補償功能的復(fù)合PID控制算法和模糊控制算法克服了上述缺點,取得了良好的實驗效果。

 1、PID 控制算法

PID調(diào)節(jié)的本質(zhì)是根據(jù)輸入偏差值根據(jù)比例,積分和微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行計算,并使用計算結(jié)果進(jìn)行輸出控制。該位置是通過離散化基本PID方程獲得的。您可以使用基本PID控制算法轉(zhuǎn)換位置PID,以獲得增量PID控制算法。要求高控制精度的系統(tǒng)通常使用位置算法,而將步進(jìn)電機或多圈電位計用作致動器的系統(tǒng)則使用增量算法。

PID是工業(yè)控制過程中廣泛使用的控制算法,它具有原理簡單,易于實現(xiàn),穩(wěn)定性好,適用范圍廣,控制參數(shù)易于調(diào)整的優(yōu)點。 PID控制不需要了解控制對象的數(shù)學(xué)模型,并且只要根據(jù)經(jīng)驗調(diào)整控制器參數(shù),就可以獲得令人滿意的結(jié)果。缺點是它對受控參數(shù)的更改更敏感。但是,可以通過軟件編程方法靈活地調(diào)整參數(shù),以實現(xiàn)PID控制。盡管近年來出現(xiàn)了許多先進(jìn)的控制算法,但由于其獨特的特性,PID控制在工業(yè)控制過程中仍占有相當(dāng)大的比例,并且控制效果相當(dāng)令人滿意。

連續(xù)PID控制器也稱為比例積分微分控制器。換句話說,過程控制是根據(jù)誤差率(P-ProportionA1),積分(I-IntegrAl)和微分(D-DerivAtive)的比率來控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的基本框圖如圖1所示。

183925rfyxyul0d2fay277.jpg

圖1 PID原理圖

控制律的數(shù)學(xué)模型如下。

183925r35sqooyxobe9xbc.gif * MERGEFORMAT183925yj4e66tl2f6tyk63.gif * MERGEFORMAT(1)

或傳遞函數(shù)形式編寫:

183925s1a18ap4xaxsx1xx.gif * MERGEFORMAT(2)

在公式e(t)中:調(diào)節(jié)器輸入函數(shù),即給定量與輸出量之間的偏差u(t):調(diào)節(jié)器輸出函數(shù)。

Kp:比例系數(shù);

T:積分時間常數(shù);

T:差分時間常數(shù)。

擴展公式(2-1),調(diào)節(jié)器的輸出函數(shù)可以分為比例部分,積分部分和導(dǎo)數(shù)部分,分別為:

the比例部分的比例部分的數(shù)學(xué)表達(dá)式為183925u090osh04f0kv0ku.gif * MERGEFORMAT,p在比例部分中,Kp為比例系數(shù),并且Kp越大,系統(tǒng)的過渡過程越快。可以快速消除靜態(tài)錯誤,但是如果Kp太高,則系統(tǒng)很容易發(fā)生過沖,振動并引起不穩(wěn)定。因此,有必要適當(dāng)?shù)剡x擇比例因子,以便獲得短而穩(wěn)定的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換過程的效果。

圖為比例調(diào)節(jié)器。

183926eft12mpo6pr7pp1m.jpg

183926u8rwda450rpmna8t.gif(3)

比例調(diào)節(jié)器

其中:U控制器輸出

183926hpf4bfm34g3e3a6e.gif * MERGEFORMAT比例因子

E調(diào)節(jié)器輸入偏差

183926ud7273ekguf7cgz7.gif * MERGEFORMAT控制音量基準(zhǔn)

比例效應(yīng):對錯誤的快速響應(yīng),但不能擺脫穩(wěn)態(tài)錯誤。如果太大,很容易變得不穩(wěn)定。

⑵積分部分積分部分的數(shù)學(xué)表達(dá)式為183926s1xjnlf64l87bk87.gif * MERGEFORMAT在數(shù)學(xué)表達(dá)式中,如果存在系統(tǒng)錯誤,則可以看出控制效果不斷提高。

增加或減少。僅當(dāng)e(t)=0時,積分才是常數(shù),并且控制功能不變。不可或缺的部分是消除系統(tǒng)錯誤。

積分時間常數(shù)183926jrqyxe9b13eee34w.gif * MERGEFORMAT的選擇對積分部分有很大影響。183926jrqyxe9b13eee34w.gif * MERGEFORMAT較大,積分效果較弱,此時系統(tǒng)清除錯誤所需的時間較長,調(diào)整過程較慢。183926jrqyxe9b13eee34w.gif * MERGEFORMAT較小,并且在集成工作系統(tǒng)過渡期間可能會發(fā)生振動,但是可以快速消除錯誤。

3個差分部分

導(dǎo)數(shù)部分的數(shù)學(xué)表達(dá)式為183926tkmu48m71m2y8uyg.gif * MERGEFORMAT。

微分部分的功能主要是補償誤差變化,效果的強度由微分時間常數(shù)T決定。183926l64rkzzxnaktrv7q.gif * MERGEFORMAT越大,抑制誤差e(t)變化的效果越強,但系統(tǒng)更容易振動183926l64rkzzxnaktrv7q.gif * MERGEFORMAT越小,誤差消除效果越弱。因此,有必要適當(dāng)?shù)剡x擇導(dǎo)數(shù)時間常數(shù)盡快使系統(tǒng)穩(wěn)定。

比例積分微分調(diào)節(jié)器如圖2所示。

183926crmmcwf0lh7r79aa.jpg

圖2

但是有兩種PID算法:位置和增量

位置PID控制算法

183926leh147j42pehue2j.gif183926ys9qb6s6vbz2beib.gif183926khnh56v773f22lo7.gif

(4)

(5)以下公式可以從公式(5)和(6)得出

183926awxxw1ewtxxurkez.gif(6)

位置控制算法給出了執(zhí)行器的位置uk,應(yīng)在其中累積Ek。

增量PID控制算法

183926u8n3q2vb333nbb4v.gif(8)

183927nnd7mgjuujt2tkw8.gif(9)

從等式(1)和(2),我們可以得出以下等式:

183927ndy18v686nobs1zv.gif(10)

增量控制算法給出了執(zhí)行器增量。183927ft32vpff5f3z8blq.gif * MERGEFORMAT僅需要保留。前三個時刻的當(dāng)前偏差值就足夠了。增量算法不需要累加,計算誤差和計算精度問題控制控制量的計算影響不大,而位置算法必須使用過去偏差的累加值,因此容易引起很多累加誤差。

當(dāng)控制從手動切換到自動時,位置算法必須首先將計算機的輸出值設(shè)置為原始值183927ceeee51mjes9ee54.gif。 *可以使MERGEFORMAT不影響轉(zhuǎn)換。增量算法與原始值無關(guān)。易于手動操作,自動無沖擊切換。

在實際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)被告的實際情況選擇。通常,認(rèn)為在將晶閘管或伺服電動機用作致動器或要求高控制精度的系統(tǒng)中應(yīng)使用位置算法。在使用步進(jìn)電機或多圈電位計作為執(zhí)行器的系統(tǒng)中,應(yīng)使用增量算法。

由于此設(shè)計需要步進(jìn)電機的速度范圍和控制精度,因此應(yīng)采用增量PID控制。該系統(tǒng)的流程圖顯示在2 :

183927h80w0mwqlz20qhdh.jpg

圖2步進(jìn)電動機速度控制系統(tǒng)的控制流程圖

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