閉環(huán)控制對數控機床的應用論文
摘要：本文根據自身實(shí)踐和理論研究，對數控機床中的閉環(huán)控制系統進(jìn)行了具體的論述，重點(diǎn)闡述了伺服閉環(huán)控制系統的主要特點(diǎn)，以及PID控制方法在速度閉環(huán)控制方面的應用，并以FANUC機床位具體案例，詳細的分析了PID參數的調試方法，對閉環(huán)控制在數控機床中的推廣應用提供了有力的技術(shù)支撐。
關(guān)鍵詞：數控機床的論文
1引言
在現代化的設備生產(chǎn)中，數控機床的應用變得越來(lái)越廣泛，而且對數控機床加工精度和速度的要求也越來(lái)越高。為了更高精度、更高自動(dòng)化水平的控制數控機床的加工，需要在加工過(guò)程中加入反饋調節，從而對機床加工過(guò)程中的誤差因素進(jìn)行實(shí)時(shí)調節，使誤差不會(huì )隨時(shí)間的延續進(jìn)行累積，即在數控機床上實(shí)施閉環(huán)控制。目前，在數控機床上應用閉環(huán)控制系統的設備很多，并且這些機床在加工復雜精密零件時(shí)取得了很好的效果。本文根據自身實(shí)踐經(jīng)驗和理論研究，對閉環(huán)控制在數控機床中的應用理論及具體案例進(jìn)行了詳細的論述，為閉環(huán)控制在數控機床中的應用和推廣提供了有力的技術(shù)支撐。
2閉環(huán)控制在數控機床中的應用
2.1數控機床中的閉環(huán)控制特點(diǎn)
在數控系統中，伺服控制系統必須具備較好的穩定性、動(dòng)態(tài)特性、穩態(tài)特性、魯棒性等。在所有的伺服系統中，穩定性是其最根本的要求，系統的穩定性有兩種重要的作用，一是能自動(dòng)排除外界對系統的干擾，能在有外部干擾的環(huán)境下，精確調節定位，二是自動(dòng)恢復穩定狀態(tài)，不管系統處于什么樣的初始狀態(tài)，都能夠快速準確的進(jìn)行定位；在閉環(huán)伺服控制系統中，動(dòng)態(tài)特性是其最重要的衡量指標，它主要表現在系統的響應速度和振幅，在通常狀態(tài)下，系統的最大振幅就表達這系統的控制精度，振幅越小，精度越高，而系統的響應速度是影響振幅的重要因素，系統的響應速度越快，系統的過(guò)渡時(shí)間就越小，系統的誤差就越小，控制精度也就越高；穩態(tài)特性閉環(huán)控制系統的正常工作狀態(tài)特性，主要是是指控制系統經(jīng)過(guò)過(guò)渡階段后，進(jìn)入穩定狀態(tài)的情況下，其最終輸出的穩態(tài)指與預期的穩定指相符合的程度，通常情況下，伺服閉環(huán)控制系統會(huì )因為自身結構、內部摩擦力、外界干擾等非線(xiàn)性的因素導致系統的實(shí)際的穩態(tài)值與期望值存在一定的誤差，這種誤差就是穩態(tài)誤差，穩態(tài)誤差是衡量閉環(huán)控制精度的重要指標，而通過(guò)加入穩態(tài)誤差補償，可以有效的調整伺服控制系統的控制精度和跟蹤速度；魯棒性的主要作用是幫助閉環(huán)控制系統控制誤差，其主要特點(diǎn)是在系統的約束條件發(fā)生變化時(shí)，保持系統自身的功能特性不變，即對于具有較好魯棒性特征的閉環(huán)控制系統，即使參數發(fā)生了變化，控制自身仍有保持穩定性不變，系統的響應速度和振幅也不會(huì )隨參數變化而變化，如魯棒性好的數控機床長(cháng)期使用造成的機械零件磨損不會(huì )導致機床自身誤差的增大。
2.2閉環(huán)控制系統中的PID控制技術(shù)
PID控制技術(shù)是閉環(huán)控制中最早發(fā)展起來(lái)的一門(mén)技術(shù)，它以算法簡(jiǎn)單、可靠性高、調整方便、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應用，尤其在一些被控對象的結構和參數有一定的不確定性，沒(méi)法得到精確的數學(xué)模型的情況下，可以采用PID控制技術(shù)依據現場(chǎng)調試和經(jīng)驗確定系統控制器的結構和參數。在實(shí)際工程應用中，也有僅采用PI控制和PD控制的控制系統。PID控制技術(shù)是一種線(xiàn)性調節技術(shù)，它將系統的偏差分為比例、積分、微分三類(lèi)運算對被控量進(jìn)行具體的調節。它對速度的調節主要是根據速度指令（rt）與傳感器反饋的回來(lái)的實(shí)際y（t）進(jìn)行比較構成控制的偏差e（t），并將此偏差按比例（P）、積分（I）、微分（D）的方式進(jìn)行線(xiàn)性組合，最終形成控制量u（t）對驅動(dòng)器進(jìn)行控制，從而達到對電機速度的精確控制的目的，具體列公式如下：
2.3閉環(huán)控制系統在數控機床中的應用
在數控機床的閉環(huán)控制系統中，PID控制技術(shù)的應用非常廣泛。本文以FANCOi機床為例，其控制器的調試就主要分為比例增益、積分增益、微分增益三個(gè)部分，具體調試過(guò)程如下：首選將驅動(dòng)器設置成速度控制模式控制，對便于對伺服驅動(dòng)器參數進(jìn)行優(yōu)化調節。伺服驅動(dòng)器的調節參數就是比例常數Kp、微分參數Kd和積分參數Ki，根據實(shí)踐經(jīng)驗和現場(chǎng)控制需要，手動(dòng)對PID的三項控制常數進(jìn)行具體的調節。首先，確定速度比例增益常數Kp的值。當閉環(huán)控制系統安裝完畢后，第一步是對比例增益常數Kp就進(jìn)行調節，因為在三個(gè)增益參數中，比例增益對振幅起到最主要的作用，確定比例參數的值后，再對積分增益Ki和微分增益Kd進(jìn)行調節，調節比例參數的方式是在對先將積分增益Ki和微分增益Kd設置為零，再從零逐漸增加比例參數Kp的值，觀(guān)察伺服電機停止時(shí)的振蕩情況以及電機轉速的忽快忽慢現象，如果隨著(zhù)Kp值的增加，系統產(chǎn)生振蕩現象，就降低Kp值，消除振蕩，穩定轉速，從而初步確定Kp的值。在確定Kp的值后，保持Kp不變，從零逐漸增加系統的積分增益常數Ki的值，觀(guān)察積分增益的效應現象，當積分增益參數超過(guò)臨界值后就會(huì )導致控制系統的振動(dòng)不穩定，這時(shí)將Ki值進(jìn)行回調，消除振蕩，穩定轉速，此時(shí)的Ki值就是初步確定的控制系統參數。最后，對控制系統的微分增益進(jìn)行具體的調節。微分增益的調節可以有效的降低控制系統的振幅，它的主要工作原理是對系統進(jìn)行預先控制，就是在系統的振蕩發(fā)生之前對其進(jìn)行校正，在實(shí)際調節時(shí)，從零開(kāi)始逐步增加Kd的值，從而改善旋轉速度的穩定性。
3結論
本文根據自身實(shí)踐和理論研究，對伺服閉環(huán)控制系統的特點(diǎn)進(jìn)行了論述，并對PID控制技術(shù)的原理以及實(shí)際生產(chǎn)中的參數調節方法進(jìn)行了具體的闡述，不僅為閉環(huán)控制技術(shù)在數控機床中應用提供了有力的技術(shù)支撐，也為閉環(huán)控制系統在數控機床中的推廣應用提供了有效的理論依據。
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