ПРЕИМУЩЕСТВА ПРИМЕНЕНИЯ FEED-FORWARD РЕГУЛЯТОРА В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕЦИЗИОННЫМИ СЕРВОПРИВОДАМИ Куц М.С.,Мартынов Д.С.

МГТУ им. Н.Э. Баумана


Номер: 7-1
Год: 2017
Страницы: 5-8
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

регулятор, сервопривод, металлорежущий станок, ЧПУ, regulator, servodrive, metalcutting machine tool, CNC

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье рассматриваются основные преимущества использования feed-forward регуляторов по сравнению со стандартными ПИД-регуляторами в системах управления сервоприводами. Проводится исследование влияния feed-forward регулятора на точность выдерживаемого параметра.

Текст научной статьи

В настоящее время в станкостроении и робототехнике широкое применение получили сервоприводы. Современные сервоприводы содержат комплекс аппаратных мер для достижения требуемой скорости и точности воспроизведения траектории [1]. Однако в условиях современного темпа развития вычислительной техники, наиболее предпочтительным методом достижения высоких показателей движения является совершенствование информационной части сервоприводов. Наиболее широкое распространение для регулирования выходных параметров движения сервоприводов получили классические системы с линейными регуляторами координат электропривода. К их числу относится пропорционально - интегрально - дифференциальный регулятор положения, который имеет ограниченную область применения. В тоже время зарубежные аналоги таких систем управления сервоприводами в своем составе используют feed-forward регулятор [2]. Темой данной статьи является изучение основных отличий и преимуществ feed-forward регулятора перед стандартным ПИД-регулятором. Настройка систем управления сервоприводом осуществляется за счет применения усилителей, помогающих скорректировать ошибки между требуемым значением выходного параметра системы (скорость, ускорение или крутящий момент) и его действительным значением. В стандартных системах на основе ПИД-регуляторов для настройки используется три основных типа усилителя: пропорциональный, интегральный и дифференциальный усилитель. В тех случаях, когда использование ПИД-регулятора вызывает нестабильность и колебания применяется feed-forward регулятор, позволяющий заранее предсказывать возникающие ошибки. Пропорционально - интегрально - дифференциальный регулятор управляет величиной коррекции ошибки, возникающей при несовпадении действительного значения выходного параметра системы и значения, заданного управляющей командой. Пропорциональный усилитель (Кp), в общем случае, предназначен для контроля жёсткости системы. Он определяет количество возобновляемой силы, которая должна быть приложена в приводе для преодоления ошибки положения. Величина ошибки умножается на коэффициент усиления пропорционального усилителя и определяет величину выходного сигнала, необходимого для корректировки данной ошибки. Интегральный усилитель (Ki) предназначен для контроля нагрузки системы статическим моментом. Величина (Ki) «переводит» систему в положение с нулевой ошибкой в конце движения, при этом сумма ошибок, накапливаемая за некоторое время, умножается интегральным усилителем для последующей корректировки этих ошибок. Дифференциальный усилитель (Kd) характеризует демпфирующие свойства системы. Работа дифференциального усилителя параллельно с пропорциональным усилителем приводит к снижению перерегулирования и колебаний. Данный усилитель выдает сигнал, пропорциональный величине скорости изменения (производной) ошибки [3]. Рис. 1. Структурная схема ПИД-регулятора Одним из недостатков использования ПИД-регуляторов в системах регулирования параметров сервопривода, является их свойство реактивности. Для начала работы ПИД-регулятора ему требуется провести накопление сигнала ошибки, что существенно снижает отклик системы. Такое условие работы может привести к появлению нестабильности системы, повышению её перерегулирования и возникновению колебаний. Для решения этой проблемы имеется возможность использования feed-forward регулятора. В отличие от ПИД-регулятора, feed-forward регулятор обладает свойством проактивности - возможности предварительного предсказания возникающих ошибок. Этот регулятор вводит команду в контур управления на основе предсказанной ошибки без ожидания возникновения этой ошибки. Существует два основных типа feed-forward регуляторов: регулятор по скорости и регулятор по ускорению. Регулятор по скорости снижает ошибку рассогласования за счет постоянной добавки скорости движения и работает против вязкого трения (трение, пропорциональное скорости движения). Регулятор по ускорению снижает ошибку в процессе торможения и ускорения системы и, за счет этого, компенсирует её инерцию (инерция заставляет объект сопротивляться любому изменению скорости). Требуемые значения скорости и ускорения умножаются на скорость и ускорение от feed-forward регулятора, что позволяет определить их полную составляющую в контуре управления. Рис. 2. Структурная схема feed-forward регулятора Исследования преимуществ feed-forward регулятора перед ПИД-регулятором проводилось на станке, разработанном на кафедре МТ1 МГТУ им. Н.Э. Баумана. В экспериментах происходило управление линейным двигателем Kollmorgen IL12075 при помощи сервоконтроллера AKD P00606. Сервоконтроллером формировался управляющий сигнал для двигателя на перемещения +10 мм со скоростью 32 мм/с и ускорением 500 мм/с2 и -20 мм со скоростью 5 мм/с и ускорением 500 мм/с2. Временной график управляющего сигнала представлен на рисунке 3. Рис. 3. Временной график управляющего сигнала На основании проведенных исследований были получены значение ошибки положения в случае отключенного feed-forward регулятора, и в случае, когда он присутствовал в системе управления (рисунок 4). Как видно из этих двух графиков, использование feed-forward регулятора позволило в значительной мере снизить возникающую при использовании стандартного ПИД-регулятора статическую ошибку, а также зашумленность сигнала скорости, которая оказывает негативное влияние на точности выдерживаемого параметра. а) б) Рис. 4. График ошибки положения: а) - с использованием Feed-forward регулятора; б) - с использованием стандартного ПИД-регулятора. Выводы: feed-forward регуляторы являются важным инструментом для снижения отклика системы, они работают вне контура обратной связи и не вносят в систему нестабильности. В отличие от реактивных ПИД-регуляторов, feed-forward регуляторы проактивны, а значит, предсказуемы и практически мгновенны, поэтому их применение в современных системах управления очень востребовано.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.