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运动控制伺服闭环PID参数调整的误区 点击：2883 | 回复：109



刘志斌

    
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发表于：2011-08-09 17:04:32
楼主

运动控制伺服闭环PID参数调整的误区

1、运动控制伺服闭环PID参数调整存在误区；

2、特别是运动控制参数达到给定值的响应时间，不只是P、I、D参数的调整问题；

3、特别是运动控制参数达到给定值的响应时间，而是执行机构的伺服额定功率、额定转矩的问题；

4、特别是运动控制参数达到给定值的响应时间，或者说伺服一定时，与负载大小（既惯量比的大小）有关的问题；

5、一味的调整P、I、D参数是个误区；

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刘志斌

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发表于：2011-08-09 17:05:37
1楼

我先举个简单的大家一看就明白的例子：

1、我做过一个供热锅炉变频恒压补水压力闭环PID控制系统；

1）系统调好后，实时压力总是在给定压力以下运行，很少达到给定压力；

2）加大P参数后，出现水泵一直在50HZ 运行，压力有时会超过给定压力很多甚至达到上限保护水泵停机，然后压力下行止下限水泵启动；

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刘志斌

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发表于：2011-08-09 17:06:18
2楼

2、原因分析：

1）设水泵的额定流量是10方/秒；

2）设PID输出0～10V的电压，对应变频器的频率是10～50HZ；

3）设定系统压力为P帕；

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刘志斌

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发表于：2011-08-09 17:07:39
3楼

4）设系统在t 时刻，失水1方、2方、3方、4方、5方、6方、7方、8方、9方、10方、20方、30方、40方、50方、60方、70方……

5）由于失水，系统压力偏离给定压力P帕一个△P，失水越多△P越大，反馈至PID输入端，PID输出端分别输出1V、2V、3V、4V、5V、6V、7V、8V、9V、10V、10V、10V、10V、……

6）这时变频器的频率分别是5HZ、10HZ、15HZ、20HZ、25HZ、30HZ、35HZ、40HZ、45HZ、50HZ、50HZ、50HZ、50HZ、……

7）这时水泵的流量分别是：1方/秒、2方/秒、3方/秒、4方/秒、5方/秒、6方/秒、7方/秒、8方/秒、9方/秒、10方/秒、10方/秒、10方/秒、10方/秒、10方/秒、……

8）由t 时刻开始，水泵补水，到压力达到给定压力P帕需要的响应时间分别为：1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、2秒、3秒、4秒、5秒、6秒、7秒、……

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发表于：2011-08-09 17:08:19
4楼
3、如果将水泵换成流量是100方/秒，那么由t 时刻开始，水泵补水，到压力达到给定压力P帕需要的响应时间分别为：0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.2秒、0.3秒、0.4秒、0.5秒、0.6秒、0.7秒、……
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刘志斌

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发表于：2011-08-09 17:09:02
5楼
4、如果将水泵换成流量是100方/秒，并且将压力传感器的压力测量量程也扩大10倍，那么由t 时刻开始，水泵补水，到压力达到给定压力P帕需要的响应时间分别为：1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、……
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6楼

5、此时如果系统失水在100方以下，由t 时刻开始，水泵补水，到压力达到给定压力P帕需要的响应时间都是1秒；

6、原系统失水在10方以下，由t 时刻开始，水泵补水，到压力达到给定压力P帕需要的响应时间是1秒；

7、在以上改变传感器量程、改变执行机构水泵的流量，而没有改变PID参数的情况下，实现更大范围内的恒压控制，响应的时间速度没有变慢！

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发表于：2011-08-09 17:10:56
7楼
7、可见执行机构的能力，是保证PID系统在较大范围内实现响应速度一致的关键因素，没有它的保证，PID闭环控制的效果是不会得到保证的；
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刘志斌

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发表于：2011-08-09 17:11:08
8楼
8、可见执行机构的能力，是保证PID系统在较大范围内实现响应速度一致的关键因素，没有它的保证，PID闭环控制的效果是不会得到保证的；
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发表于：2011-08-09 17:11:49
9楼
9、所以很多情况下，伺服闭环PID控制系统，受伺服额定功率小、额定转矩小的原因，负载适应控制范围小、响应速度变化大！
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10楼
1、以上是今天脑子里玩了一天的一个作品，想简单明了的告诉大家，PID闭环控制系统执行元件对系统参数的调整范围及响应速度的影响，排除在P、I、D参数调整中的一个误区；
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发表于：2011-08-09 18:46:51
11楼

2、为了大家能很快看明白，再对我说的系统简单介绍以下：

1）供热锅炉，水暖管道压力闭环补水系统；

2）补水水泵是变频调速控制的，当水暖管道由于失水压力下降时，补水泵快速运行向系统补水，使水暖管道压力回到设定值P帕；

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发表于：2011-08-09 18:59:03
12楼

3）压力传感器或者变送器，检测压力量程范围为P帕～P帕+△P；

4）压力闭环控制给定压力为P帕，与压力传感器的反馈压力P帕+△P比较，得出压差△P的信号电压0～10V；

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发表于：2011-08-09 19:18:20
13楼

5）0～△P的信号电压0～10V，作为变频器的频率调节输入信号，PID控制变频器输出频率在0～50HZ ；

6）设水暖管道实际失水分别为1方、2方、3方、4方、5方、6方、7方、8方、9方、10方时，其压力变化范围恰好是0～△P；

7）如果系统失水超过10方时，压力超传感器检测量程，压差△P的信号电压为10V不变；

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发表于：2011-08-09 19:28:18
14楼

8）变频器频率低时，水泵补水流量小，变频器频率高时，水泵补水流量大，50HZ 时水泵额定流量补水；

9）为了简化运算，设频率与流量成正比变化，例如50HZ 时水泵补水流量是10方/秒，则5HZ时水泵补水流量是1方/秒；

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15楼
10）设压力PID闭环系统P、I、D参数处于最佳状态不变；
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16楼
11）只是改变水泵流量，或者改变水泵流量、同时按比例改变压力传感器的量程，但是压力传感器的输出不变，压差0～△P的信号电压0～10V不变，变频器输出频率0～50HZ不变；
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刘志斌

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发表于：2011-08-09 19:43:29
17楼

12）这样就得出用额定流量10方/秒的水泵补水时：

4）设系统在t 时刻，失水1方、2方、3方、4方、5方、6方、7方、8方、9方、10方、20方、30方、40方、50方、60方、70方……

8）由t 时刻开始，水泵补水到压力达到给定压力P帕需要的响应时间分别为：1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、2秒、3秒、4秒、5秒、6秒、7秒、……

3、如果将水泵换成流量是100方/秒，那么由t 时刻开始，水泵补水，到压力达到给定压力P帕需要的响应时间分别为：0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.1秒、0.2秒、0.3秒、0.4秒、0.5秒、0.6秒、0.7秒、……

4、如果将水泵换成流量是100方/秒，并且将压力传感器的压力测量量程也扩大10倍，那么由t 时刻开始，水泵补水，到压力达到给定压力P帕需要的响应时间分别为：1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、1秒、……

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刘志斌

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发表于：2011-08-09 20:50:48
18楼

请大家探讨？                                                          

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luedong

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发表于：2011-08-09 21:00:28
19楼
直接终结这个垃圾帖:楼下的木有小JJ。
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刘志斌

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20楼

复习总结一下上边的结论：

1、一个PID闭环控制系统的响应速度、稳定控制范围究竟与那些因数有关系？

2、当我们把水泵的流量扩大10倍时，响应时间由1秒加快到0.1秒，但是稳定控制的范围没有变，还是压差△P，失水超过10方时，响应时间开始变慢；

3、所以得出结论，只改变执行元件的能力（例如水泵的额定流量、伺服的额定功率），就可以正比提高系统的响应速度，但是稳定控制的范围没有变（还是压差△P）；

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