變速積分PID在滾刺機中的應用
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4 算法分析
本文引用地址：http://yuyingmama.com.cn/article/201609/310494.htm由于速度調節(jié)是在一定的速度基礎上進行的，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測到的速度與設定速度的偏差信號，輸出量為控制電機轉速的驅動電壓的增量。電機速度閉環(huán)控制系統(tǒng)組成框圖如圖5所示。
在PLC中難以實現(xiàn)微分與積分，卻可以實現(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，
分別為第次和k次采樣所得的偏差信號。
(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控制作用的影響，而且，增量式PID 控制算法只要存儲最近三次采樣值就可以了。
實際控制過程：光電編碼器反饋回電機轉速信號并轉化為電機轉速偏差信號經(jīng)過PID控制器以及一系列計算處理之后，得到電機的驅動電壓偏差，進而得到新的電機驅動電壓， 最后經(jīng)過脈寬調制器產(chǎn)生PWM 控制信號控制電機運轉。考慮到偏差較大時， 要求快速跟蹤;偏差較小時，要求精度高。但這兩個要求存在一定的矛盾，如果按快速跟蹤來設計控制器，在偏差小時會產(chǎn)生振蕩或超調;如果按精度高來設計控制器，在偏差大時無法快速跟蹤。為了使系統(tǒng)在偏差大和小時都能滿足要求，采用了變速積分增量式PID算法，通過不斷改變積分項的累加速度，使其與偏差大小相對應，偏差越大，積分越慢;反之則越快。
在選擇PID參數(shù)的過程中，通常可先根據(jù)輸出曲線的形狀來確定參數(shù)Kp、KI和KD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)驗公式來確定參數(shù)Kp和KD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 仿真結果分析
系統(tǒng)的速度響應曲線仿真圖如圖6所示。
由圖6的階躍響應仿真結果可知，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)生的過大超調，同時又提高了電機調速的快速性，其達到最高速的時間為3 s ， 而普通增量式PID控制算法達到勻速的時間為5 s ，傳統(tǒng)交流異步電動機啟動時間為16s。因此，采用變速積分增量式算法， 系統(tǒng)具有動態(tài)響應快、控制穩(wěn)態(tài)性能好， 并能很快趨于穩(wěn)定的特點， 適用于電機調速系統(tǒng)的高速控制。
6 結論
1) 使用設計的變速積分PID控制算法，通過參數(shù)分情況加入不同積分的作用進行控制，使滾刺機在啟動控制上具備了啟動速度快，控制精度高的良好特性，并克服了電機系統(tǒng)本身的滯后問題;
2)文中設計的新型PID控制方法，在鋼廠現(xiàn)場有比較大的負載干擾的情況下仍然能在3s內很好的準確達到設定速度，完全滿足鋼廠實際滾除毛刺的工藝要求。
參考文獻：
[1]徐靜，阮毅，陳伯時.異步電機按定子磁場定向的轉差頻率控制[J].電機與控制學報，2003，7(1):1-4.
[2]解宏基，任光，朱利民，等.交流三相異步電動機建模及仿真研究[J].大連海事大學學報，2000，30(2):60-64.
[3]程偉，馬樹元，吳平東，等.交流異步電機的建模與仿真[J].計算機仿真，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)中的應用[J].西安工業(yè)大學學報，2010，30(5):478-481.
[6]賈建強，韓如成，左龍.基于MATLAB/SIMULINK的交流電機調速系統(tǒng)建模與仿真[J].電機與控制學報，2000，4(2):91-93.
本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第9期第61頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。
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