多質(zhì)量彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的PID算法控制器設(shè)計.pdf

1、彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，如今生產(chǎn)設(shè)備的傳動軸的長度和跨度增加，由于彈性環(huán)節(jié)，這種彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)運行時會發(fā)生振蕩，降低機(jī)械的壽命和控制精度，甚至?xí)l(fā)生產(chǎn)事故。如何最大限度的減小振蕩，使其具有理想的控制品質(zhì)，是彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)所研究的核心問題。
　　文章以貝加萊公司（B&R）設(shè)計并且開發(fā)的多質(zhì)量彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)為實驗對象，本設(shè)計旨在深入分析實驗對象的結(jié)構(gòu)特點和運轉(zhuǎn)特征然后提出控制方案，要求通過控制器控制系統(tǒng)后，第二個圓柱體質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)

2、速可以以最快的速度和最小的誤差的達(dá)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速。
　　文章分別采用機(jī)理建模和實驗建模兩種方法來獲取系統(tǒng)模型。機(jī)理建模方法是分析實驗對象，將實驗對象分成幾個部分，分析對象各部分的物理特性，結(jié)合電機(jī)原理等知識，綜合列出方程，最終進(jìn)行整合，求得系統(tǒng)狀態(tài)空間方程，然后利用MATLAB/Simulink數(shù)學(xué)軟件，對建立好的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行搭建模擬框圖，然后進(jìn)行模擬仿真。實驗建模法采集了設(shè)備的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)，用MAT LAB中的線性擬合工具箱擬合采

3、樣數(shù)據(jù)生成曲線，得到時域表達(dá)式進(jìn)而計算出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。
　　在控制算法方面，本課題采用P ID控制。文章先采用了P ID算法的控制原理，然后介紹了常規(guī) P ID算法，但是通過實驗分析，多質(zhì)量彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)每次裝卸，彈簧的彈性形變都有變化，其負(fù)載輪的個數(shù)和大小也都會變化，需要不斷調(diào)整P ID控制參數(shù)才能達(dá)到比較理想的控制效果，因此文章提出專家P ID算法控制方案，根據(jù)控制經(jīng)驗設(shè)置規(guī)則，在控制器對被控對象實現(xiàn)控制的不同階段實現(xiàn)不同的控

4、制策略。除此之外，文章根據(jù)常規(guī)P ID控制時，在遇到外界干擾時，微分項的表現(xiàn)不足的缺點提出不完全微分P ID算法控制方案，通過在微分環(huán)節(jié)加入濾波器，使得微分輸出在控制開始后，幅值下降，此后按照一定的規(guī)律遞減，來達(dá)到超前控制誤差的效果。然后，文章通過MAT LAB分別編輯算法，根據(jù)建立的系統(tǒng)模型，進(jìn)行仿真控制。并且通過對算法進(jìn)行頻域分析，觀察Bode圖和 Nyq uis t圖，分析控制器控制下，閉環(huán)系統(tǒng)的相位裕度，幅值裕度，穩(wěn)定裕度等指標(biāo)

5、來確定系統(tǒng)控制方案的穩(wěn)定程度。
　　隨后實現(xiàn)本課題所選擇的算法在硬件設(shè)備上的控制過程，由于Automation Studio軟件可以與 MATLAB/Simulink進(jìn)行無縫連接，自動轉(zhuǎn)化S imu link仿真模型為P LC可識別的C語言代碼，所以本實驗也采用了這種方法，通過Auto matio n S tud io軟件將控制方案下載到多質(zhì)量彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)裝置中，對硬件設(shè)備實現(xiàn)閉環(huán)控制。
　　文章最后對兩種控制算法的閉環(huán)控制