文献综述--基于PID控制的交流伺服系统

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1、 毕业设计开题报告 学学 生生 姓姓 名：名： 学学 号：号： 学学 院 、 系院 、 系 ： 信息与通信工程学院电气工程系 专专 业业 ： 自动化 设设 计计 题题 目目： 基于 PID 控制的交流伺服系统 设 计 与 实 现 指 导 教 师指 导 教 师 : 2012 年 3 月 15 日 毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告 1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文 献综述： 文文 献献 综综 述述 一、本课题研究背景与意义 自动控制系统不仅在理论上飞速发展，在其应用器件上也日新月异。模块化、数字 化、高精度、长寿命的器件每隔 35 年就有更新换代的

2、产品面市。传统的交流伺服电 机特性软，并且其输出特性不是单值的；步进电机一般为开环控制而无法准确定位，电 动机本身还有速度谐振区，PWM 调速系统对位置跟踪性能较差，变频调速较简单但精 度有时不够，直流电机伺服系统以其优良的性能被广泛的应用于位置随动系统中，但其 也有缺点，例如结构复杂，在超低速时死区矛盾突出，并且换向刷会带来噪声和维护保 养问题。目前，新型的永磁交流伺服电机发展迅速，尤其是从方波控制发展到正弦波控 制后，系统性能更好，它调速范围宽，尤其是低速性能优越1。 伺服电机在精度上，实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步的 问题；在转速上，高速性能好，一般额定转速能达到

3、20003000 转；在适应性上，抗 过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合 特别适用；在稳定性上，低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运 行现象。适用于有高速响应要求的场合；在及时性上，电机加减速的动态相应时间短， 一般在几十毫秒之内；在舒适性上，发热和噪音明显降低2。种种优越性能使伺服电机 在工业自动化控制领域里得到广泛应用。 伺服控制方法：工业中常用的方法是 PID 调节法，尽管随着现代交流调速技术的 发展，出现了各种新型控制算法，如自适应控制、专家系统、智能控制等3 。从理论分 析，许多控制策略都能实现良好的电动机动静态特性，但是由

4、于算法本身的复杂性，而 且对系统进行模型识别比较麻烦，因此实际系统中实现困难，对于传统的 PID 调节器而 言，其最大优点在于算法简单，参数易于整定，有较强的鲁棒性4，而且适应性强，可 靠性高，这些特点使 PID 控制器在工业控制领域得到广泛应用。 二、国内外发展现状 自 20 世纪 80 年代以来，随着现代电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、控 制技术及计算机技术等支撑技术的快速发展，交流伺服控制技术的发展得以极大的迈 进，使得先前困扰着交流伺服系统的电机控制复杂、调速性能差等问题取得了突破性的 进展，交流伺服系统的性能日渐提高，价格趋于合理，使得交流伺服系统取代直流伺服 系统尤其是在高

5、精度、 高性能要求的伺服驱动领域成了现代电伺服驱动系统的一个发展 趋势。 伺服控制技术是决定交流伺服系统性能好坏的关键技术之一， 是国外交流伺服技术 封锁的主要部分。随着国内交流伺服用电机等硬件技术逐步成熟，以软形式存在于控制 芯片中的伺服控制技术成为制约我国高性能交流伺服技术及产品发展的瓶颈5。研究具 有自主知识产权的高性能交流伺服控制技术， 尤其是最具应用前景的永磁同步电动机伺 服控制技术，是非常必要的。 PID 控制是迄今为止最通用的控制方法。 大多数反馈回路用该方法或其较小的变形 来控制8。尽管自 1940 年以来, 许多先进控制方法不断推出，但 PID 控制器以其结构 简单，对模型误

6、差具有鲁棒性及易于操作等优点，仍被广泛应用于冶金、化工、电力、 轻工和机械等工业过程控制中6。 但是，参数单一不变的 PID 控制器，在负载、环境变化的条件下控制效果明显变 差。这时需要经验丰富的工程师重新设定 PID 参数以适应变化。这样费时费力，不能 满足现代化工业生产的需求。因此，PID 参数自整定技术受到越来越广泛的关注。特别 是在高品质的运动控制专用 DSP 出现后， 使得在线实现 PID 参数自整定技术日益成熟。 PID 自整定方法大致可以分为两类:基于模型法和基于规则法。在基于模型的自整定方 法中，可以通过暂态响应实验、参数估计及频率响应实验来获得过程模型7。 Astrom和 Hagglund 提出一种继电反馈方法，该方法是获得过程临界信息的最简便 的方法之一。该方法可保障稳定过程的稳定闭环振荡响应，因此已广泛应用于工业 PID 控制器参数自整定中在基于规则的自整定方法中，不用获得过程实验模型， 整定基于 类似有经验的操作者手动整定的规则8。 基于规则法整定又分为两种方法： 连续整定：每次的采样时刻便