多質量彈性扭轉系統(tǒng)的PID算法控制器設計.pdf

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

2、速可以以最快的速度和最小的誤差的達到設定的轉速。
　　文章分別采用機理建模和實驗建模兩種方法來獲取系統(tǒng)模型。機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，結合電機原理等知識，綜合列出方程，最終進行整合，求得系統(tǒng)狀態(tài)空間方程，然后利用MATLAB/Simulink數學軟件，對建立好的數學模型進行搭建模擬框圖，然后進行模擬仿真。實驗建模法采集了設備的階躍響應數據，用MAT LAB中的線性擬合工具箱擬合采

3、樣數據生成曲線，得到時域表達式進而計算出系統(tǒng)的傳遞函數。
　　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，多質量彈性扭轉系統(tǒng)每次裝卸，彈簧的彈性形變都有變化，其負載輪的個數和大小也都會變化，需要不斷調整P ID控制參數才能達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，根據控制經驗設置規(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，根據建立的系統(tǒng)模型，進行仿真控制。并且通過對算法進行頻域分析，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

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備上的控制過程，由于Automation Studio軟件可以與 MATLAB/Simulink進行無縫連接，自動轉化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量彈性扭轉系統(tǒng)裝置中，對硬件設備實現(xiàn)閉環(huán)控制。
　　文章最后對兩種控制算法的閉環(huán)控制