i +7 (495) 144 53 46
i info@servostar.ru
i Поиск
Logotype ServoStar Gear ServoStar

Промышленная автоматизация и мехатронные системы

Как настраиваются контуры управления скоростью сервосистемы

В сервосистемах обычно используются три типа контуров управления: по току, по скорости и по положению. Контур управления по скорости служит двум целям: он позволяет системе реагировать на изменение команд по скорости и противостоять высокочастотным возмущениям нагрузки. Но контур управления по скорости сам по себе не может гарантировать, что система будет поддерживать заданное положение в течение длительного времени. Поэтому контуры управления по скорости часто используются в сочетании с контурами управления по положению в каскадной структуре.

Как настраиваются контуры управления скоростью сервосистемы

Контур регулирования скорости часто соединяется каскадом с контуром определения положения.

Регулятор скорости обычно представляет собой ПИ-регулятор с пропорциональным коэффициентом Kvp и интегральным коэффициентом Kvi, в то время как регулятор положения обычно использует только пропорциональный коэффициент Kp. (Обратите внимание, что регулирование тока часто устанавливается автоматически и вручную регулируется только в редких случаях.)
Напомним, что коэффициент пропорционального усиления имеет значение, прямо пропорциональное ошибке, и определяет напряжение, которое применяется для устранения ошибки. Коэффициент пропорционального усиления связан с жёсткостью системы.

Интегральный коэффициент усиления накапливает ошибку с течением времени и обеспечивает восстанавливающую силу в конце движения, чтобы привести систему к нулевой ошибке.
В каскадных контурах управления пропускная способность внутреннего контура должна быть в 5–10 раз больше пропускной способности внешнего контура, иначе внутренний контур будет мало влиять на внешний. Лучше всего сначала настроить самый быстрый контур, поэтому в каскадных контурах положения и скорости мы начинаем с (внутреннего) контура скорости.

Поскольку контур скорости представляет собой ПИ-регулятор, для настройки доступны только два параметра — Kvp и Kvi. Для профиля перемещения используйте целевую скорость среднего значения (не самую низкую и не самую высокую, с которыми может столкнуться приложение), но сохраняйте относительно высокую скорость ускорения. Это усилит реакцию системы, что упростит её настройку.

Чтобы начать последовательность настройки, увеличьте коэффициент пропорционального усиления скорости (Kvp) до точки, в которой начинается перерегулирование. (Иногда полезно увеличить Kvp до точки перерегулирования, а затем уменьшать его до тех пор, пока перерегулирование не исчезнет.) Теперь увеличивайте коэффициент интегрального усиления скорости (Kvi) до тех пор, пока не возникнет небольшое перерегулирование (от 5 до 15 процентов).

В каскадных контурах управления производительность внутреннего контура влияет на производительность следующего внешнего контура. По сути, внутренний контур (скорость) действует как фильтр нижних частот для внешнего контура (положения).

После настройки контура управления скоростью контроллер следует настроить на работу в режиме позиционирования, и можно настроить контур позиционирования. Начните с низкого значения коэффициента усиления по положению (Kp) и медленно увеличивайте его до момента, когда возникнет перерегулирование.

Теперь, когда коэффициенты усиления скорости и положения установлены и стабилизированы, увеличьте целевую скорость и снова проверьте коэффициенты усиления. При необходимости отрегулируйте их, чтобы они подходили для всего диапазона скоростей в приложении.

Важно отметить, что выходным сигналом контура положения является команда на изменение скорости. Вот как это работает: ошибка положения, обнаруженная контуром положения, масштабируется с помощью коэффициента усиления контура положения Kp для формирования команды на изменение скорости. Эта команда на изменение скорости отправляется в контур скорости, который использует её для увеличения крутящего момента, что позволяет двигателю скорректировать ошибку положения.

Как настраиваются контуры управления скоростью сервосистемы

Управление с обратной связью используется, когда необходимо свести к минимуму следующую ошибку, хотя при этом снижается жёсткость системы.

Если для приложения требуется очень низкая погрешность слежения, может потребоваться добавить прямое управление к параметрам настройки. Прямое управление скоростью (Vff) предполагает упреждающий подход: вычисляется скорость, необходимая для достижения желаемого положения, и это значение подаётся непосредственно в контур управления скоростью, а не в контур управления положением, который ожидает, пока ошибка положения достигнет заданного значения. Однако недостатком прямого управления скоростью является то, что коэффициент пропорционального усиления контура управления положением (Kp) должен быть снижен, что уменьшает жёсткость системы.