裝配生產(chǎn)線位置控制系統(tǒng)設(shè)計

馮強

摘要：本文以減震部件裝配生產(chǎn)線為研究對象，采用雙環(huán)+前饋的控制方式，利用伺服驅(qū)動器本身構(gòu)成速度環(huán)控制，利用位置控制器構(gòu)成位置環(huán)控制，建立了位置控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，利用工程設(shè)計法把系統(tǒng)分別校正為Ⅰ型系統(tǒng)和Ⅱ型系統(tǒng)。對采用PID控制算法和前饋+反饋控制算法時系統(tǒng)的控制性能進行了分析比較，通過MATLAB/SIMULINK仿真驗證了采用位置反饋+前饋控制算法對位置控制系統(tǒng)的精度和響應(yīng)速度有所提高。

關(guān)鍵詞：位置控制系統(tǒng);反饋+前饋控制;自動化裝配系統(tǒng)

減震裝置裝配生產(chǎn)線的應(yīng)用，提高裝配的效率，保證了每個減震部件的正確性，減少了人工，節(jié)約了成本。設(shè)備簡圖如圖1所示。

通過分析，該設(shè)備若要實現(xiàn)安全可靠的運行，位置控制系統(tǒng)必須具備很高的定位精度以適應(yīng)氣動機械手裝配部件，它的性能直接影響了設(shè)備的裝配效率。由此可以看出位置控制系統(tǒng)是本設(shè)備的重要組成部分。設(shè)備設(shè)計過程中，應(yīng)該合理的選擇位置控制系統(tǒng)的控制方案，保證工件傳送過程中，設(shè)備具有一定的速度精度、位置精度和穩(wěn)定精度，且不受外界干擾因素的影響。

PID控制是生產(chǎn)過程自動控制中最基本的位置控制方式，當(dāng)PID的參數(shù)選擇合適，相互配合適當(dāng)，便可達到快速敏捷、平穩(wěn)準確的調(diào)節(jié)效果。并結(jié)合前饋控制作用及時，以及反饋的抗干擾能力強的優(yōu)點，構(gòu)成前饋+反饋復(fù)合型控制系統(tǒng)。

一、伺服系統(tǒng)傳遞函數(shù)中參數(shù)的確定

按照松下伺服使用手冊的測試方法，通過伺服系統(tǒng)自動測試可得該傳遞函數(shù)的增益 ;采用示波器法將低慣量的測速發(fā)電機同軸聯(lián)接伺服電機，通過示波器顯示測速發(fā)電機的輸出電壓波形，由于輸出電壓正比于電機的轉(zhuǎn)速，波形即為轉(zhuǎn)速-時間關(guān)系曲線，所以得出時間常數(shù) 。則該傳遞函數(shù)可表示為

二、控制器的設(shè)計

從圖10中可以清楚的看到，當(dāng) 時，位置控制系統(tǒng)對階躍信號的響應(yīng)速度快，而超調(diào)量卻減小了，調(diào)節(jié)時間也變得很小，且沒有穩(wěn)態(tài)誤差，控制效果良好。因此，位置環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)采用校正為典型Ⅰ型系統(tǒng)。

位置前饋算法是現(xiàn)在位置控制系統(tǒng)中常用的一種控制方法，它能夠消除斜波信號的穩(wěn)態(tài)誤差，并提高響應(yīng)速度。

三、前饋+反饋的復(fù)合控制

1.前向差分控制

圖12表示前饋控制算法。

2.前饋+反饋復(fù)合控制器

圖13為前饋+反饋復(fù)合控制器的SIMULINK仿真模型。將該模型進行封裝，便可得圖14的其仿真模塊。圖15為利用該仿真模塊搭建前饋+反饋復(fù)合位置控制系統(tǒng)的SIMULINK仿真模型。

從以上兩圖中可知，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差已經(jīng)達到要求，快速響應(yīng)性良好，超調(diào)量也大大降低，很好的反映了前饋控制的作用，滿足了系統(tǒng)精度的要求。采用前饋+反饋復(fù)合控制方式，既可以保證系統(tǒng)快速響應(yīng)性能，提高了系統(tǒng)的控制精確。

四、總結(jié)

通過電機的傳遞函數(shù)，分別對系統(tǒng)的速度環(huán)和位置環(huán)進行了設(shè)計，利用工程設(shè)計法對系統(tǒng)進行了校正，得出了反饋+前饋控制的系統(tǒng)參數(shù)，并通過MATLAB仿真進行了驗證，反饋+前饋控制方式提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定精度和響應(yīng)速度，是過程控制中一種十分有效的控制方式。

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