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自动控制元件大作业——自动焊接系统设计
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3秒自动关闭窗口佛山市永源新自动化设备有限公司_伺服基础知识答问
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& 伺服基础知识答问
伺服基础知识答问
◆*1问：伺服有哪些应用？答：伺服应用的方面很多，连一个小小的电磁调压阀，也可以算上一个伺服系统。其他伺服应用如火炮或雷达，用作随动，要求实时性好，动态响应快，超调小，精度在其次。如果是机床，则经常用作恒速，位置高精度，实时性要求不高。首先得确定你应用在什么场合。如果用在机床上，则控制部分硬件可以设计得相对简单一些，成本也相应低些。如果用于军工，则内部固件设计时控制算法应该更灵活，比如提供位置环滤波、速度环滤波、非线性、最优化或智能化算法。当然不需要在一个硬件部分上实现。可以面向对象做成几种类型的产品。交流伺服在加工中心、自动车床、电动注塑机、机械手、印刷机、包装机、弹簧机、三坐标测量仪、电火花加工机等等方面的设备有广阔的应用。　　无锡百科自动化依托自主研发的“全数字化交流伺服控制技术”，采用32位微处理器为基础的系统级芯片和智能化功率器件，成功实现了对三相交流伺服电机的高精度伺服控制。公司基于此项技术研制生产的BDA系列伺服驱动器可通过编程方式，灵活、准确地对电机的位置、转速、加速度和输出转矩实现高精度控制，其产品能广泛应用于数控机床、电梯、包装机械、印刷机械、塑料机械、搬运机械、电动车及自动化生产线等各种领域。
◆*2问：步进电机和交流伺服电机的性能比较有何差别？答：步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。
一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、 1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGERLAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以无锡百科公司的全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/°。对于带17位绝对式编码器的电机而言，相当于驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。
三、矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。
四、过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以无锡百科公司生产的BDA-30Z交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。
五、运行性能不同 步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。
六、速度响应性能不同 步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以无锡百科公司的110BCA0Kw 6N.m交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需十几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。
综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。◆*3问：交流伺服电机一定会替代步进电机吗？答：伺服电机和步进电机各有优缺点，目前都有彼此无法替代的特点：1、在控制精度上，通常情况下还是伺服电机优于步进电机，步进电机是有细分，但细分高于40以上基本上已没有多少实际意义。256细分的步距角已经出现大小步的现象了，如何谈精度如何。一般认为40以上的细分已经不能作为定位了，只能为了加强运行的平滑性，而伺服电机可以通过外部的编码器分辨率的加大来提高精度。2、伺服电机在微动或定位保持上确实是一种动态的平衡，它是系统通过检测的位置信号进行的负反馈PID调节，它对低于一个编码器分辨率时的微动不响应，定位保持时也是动态的响应外部负载而随时改变力矩以达到动态的静平衡，保持精度伺服比步进差。3、由于步进电机驱动通常带有细分，而停止时通常会停止在细分点也就是并不是停在磁极点上，那么停电后再次上电时驱动器是不会按照停止时的各相电流进行分配，那么就出现了步进电机重新上电时通常会出现强烈的小振一下，也就是转子迅速与初始定子磁场对应，而伺服没有该现象。4、关于响应时间，步进电机在其启动频率和加速特定允许的条件下确实可以做到比伺服快的多频繁正反向启动停止，但其有严格的启动频率和加速要求，如果是高频启动，例如：单次的0到1000转/分（普通步进只能几百转/分，举例按能达到高速的3相混合步进算），伺服从接到脉冲到整定结束的时间会比步进的加速时间快。5、关于最高速和步进电机有丢步问题上：伺服电机优势明显。6、伺服由于有PID调节，会有整定时间的问题，该时间会随速度的高低和负载的变化而变化，该整定时间可控性差。整定时间与加减速时间不同，整定时间由系统PID增益、积分时间常数、设定速度值等因素影响。步进却没有整定时间的概念，加减速时间简单可控制。7、转矩的控制上，步进电机的转矩会随着速度的变化而明显改变，在高速区域会随着速度的变化产生强烈的下降；伺服在额定转速内最大转矩为恒力矩输出，而且伺服可以进行力矩控制，这是步进无法做倒的。8、价格上，步进电机有一定优势。◆*4问：通用伺服和数控专用伺服有什么区别吗？答：简单点说：数控专用伺服是指伺服和数控系统之间是封闭的，数控专用伺服是不能应用在其它上位机（如发脉冲，模拟量命令）的场合。而通用伺服（讲泛用型伺服更专业）只能接受脉冲或模拟量命令的上位机，通用伺服是没有办法应用在带专用伺服的数控系统上。举个例子：西门子802C（或S）是能带通用型伺服的，但810、840就不行了，你非得用它自已的专用伺服不可。至于国产的数控系统或台湾产的数控系统，它们发的控制命令一般都是脉冲或模拟量（发脉冲的数控算是最简单的了），所以它们都是能带用通用伺服的。& 复杂点讲：数控专用伺服是一功率后级伺服，伺服驱动的很多部分已和数控系统做成一体，其发出的信号已是PWM信号,装在外部的驱动部分只是一电源及功率放大器而已。而通用型伺服却不同，其各种回路（如位置，速度，电流）及运算全做在驱动器里，包括电机的参数。& 讲几点实际应用上的区别：专用伺服的参数调试一般是在数控系统里调试，而通用型伺服需要在伺服驱动器上调试。& 专用型伺服电机部分编码器反馈是直接接回数控系统的（因外部只是一电源及放大器而已），而通用型伺服却必需接回驱动器部分。& 专用型伺服电机编码器线数很多是上百万线的，可是通用型的伺服和其相比有较大差距，一般也就是2500及17BIT。（上百万用得到吗？价格谁能接受得来呀?）& 在高速高精的机床应用场合，非得用专用型伺服及数控不可，台湾及国产的数控系统加通用型伺服可做不了（至少现在不行），东西不在于有多高端，而在于你应用于什么场合嘛。& 这就是为什么高端数控系统都带专用型伺服（优点很多，不说了），三菱分CNC及通用伺服两部门也就容易理解了。准确的说伺服没有数控机床专用和通用伺服之分，只要伺服驱动器有速度控制模式，都可以用于数控机床上，区别在于控制的效果（加工效果）不同而已。好的数控机床伺服器可以使机床有很好的静态误差和动态误差（跟随误差），小的分辨率。这就要求伺服电机有很小的惯量、快的加/减速度、高的分辨率等。无锡百科自动化生产的系列伺服单元属通用伺服，性价比高，在机床的静态误差和动态误差上表现出色。& 具体选用哪一种电机，就要看机床的控制精度而定了。◆*5问：交流伺服系统可能会有电磁波的产生，那采取怎样措施可以屏蔽这些干扰呢？答：首先 电源接地是否良好。干扰严重的话U、V、W线用屏蔽线；使用滤波器和磁环都可以减少干扰，滤波器安装在伺服驱动器的进线端，要注意电源滤波器的主要参数，如漏电流等，接地必须良好；磁环可以加在伺服驱动器的电源进线端和驱动器的输出端。◆*6 有关伺服零点开关的问题。请教一个问题，用接近开关伺服做回零位置开关合适吗？我的意思是接近开关的感应范围会受温度和电源波动的影响。这会影响到运动回零的准确度吗？有没有具体的数据？
答：其实找零的方法有很多种，可根据所要求的精度及实际要求来选择。可以伺服电机自身完成（有些品牌伺服电机有完整的回原点功能），也可通过上位机配合伺服完成，但回原点的原理基本上常见的有以下几种。一、伺服电机寻找原点时，当碰到原点开关时，马上减速停止，以此点为原点。这种回原点方法无论你是选择机械式的接近开关，还是光感应开关，回原的精度都不高，就如一网友所说，受温度和电源波动等等的影响，信号的反应时间会每次有差别，再加上从回原点的高速突然减速停止过程，可以百分百地说，就算排除机械原因，每次回的原点差别在丝级以上。二、回原点时直接寻找编码器的Z相信号，当有Z相信号时，马上减速停止。这种回原方法一般只应用在旋转轴，且回原速度不高，精度也不高。三、此种回原方法是最精准的，主要应用在数控机床上：电机先以第一段高速去找原点开关，有原点开关信号时，电机马上以第二段速度寻找电机的Z相信号，第一个Z相信号一定是在原点档块上（所以你可以注意到，其实高档的数控机床及中心机的原点档块都是机械式而不会是感应式的，且其长度一定大于电机一圈转换为直线距离的长度）。找到第一个Z相信号后，此时有两种方试，一种是档块前回原点，一种是档块后回原点（档块前回原点较安全，欧系多用，档块后回原点工作行程会较长，日系多用）。以档块后回原为例，找到档块上第一个Z相信号后，电机会继续往同一方向转动寻找脱离档块后的第一个Z相信号。一般这就算真正原点，但因为有时会出现此点正好在原点档块动作的中间状态，易发生误动作，且再加上其它工艺需求，可再设定一偏移量；此时，这点才是真正的机械原点。此种回原方法是最精准的，且重复回原精度高。至于工件原点和机械原点完全是两码事，知道的人很多，在此就不多说了。使用原点开关要实现比较可靠的回零，建议如下动作:
以高速向原点开关方向运动，发现原点开关信号改变时（上升沿）减速停止，低速反向运动，以原点开关信号改变（下降沿）的位置为零点。由于系统的任何部分都存在不同程度的延迟和滞后，所以高速回零很难保证重现性。而回零动作开始时，不可能知道零点有多远，直接低速找零太缺乏效率。如果要靠编码器的Z脉冲找零，按照上面的方式就好，另外，就是要小心Z脉冲与挡块边沿接近的情况，我曾看到过一次很精确的回零误差，整整一个丝杠螺距。最终是把连轴结重装了一次，问题解决了。注意：不是把丝杠拆下来，只是把连轴结松开，转一下，再装好，这个，现场较容易做到。
还有！这种问题把连轴结重装一次是种冶标不治本的处理办法，让原点档块的长度大于一个丝杆螺距才是最根本解决办法。你可以去看看回原精度要求高的数控机床，原点档块一定是大于一个丝杆螺距的。假如你对回原有观察，不过还要再观察细点，找Z的话，一定是找脱离原点档块后的第一个Z，注意是脱离原点档块后，可以是档块前脱离，也可是档块后脱离，就像我前面说的，档块前回原安全性高，档块后回原有较行程长，前种欧系床多用，后者日系床多用。至于有时运气好时，脱离档块后的第一个Z相信号正好在脱离时的中间状态，有句行话叫（扎各量），这时你初次调试时设个原点偏移量此问题就解决了。所有稍好点的数控系统都有此值可设定。数控机床中采用减速开关 + Z 脉冲回零出现非常精确一个螺距的误差，这是调试中常遇到的事情。主要的原因的确是减速信号触发的同时，刚好也是一转信号发出的时候。解决的最简单方法是稍微移动一点档块的位置，或者在数控系统的参数中设置一个偏移量来避开。至于所谓回零的机械挡块，曾经做过这样的台子，原点是光电开关，信号的有效长度只有几毫米，一般在高速回零时都会冲过。只用这个开关做原点，回零的重现性据说只有几个微米（用户自己用干涉仪测的）。
正如一网友所说，只有先找机械开关，再找编码器Z相信号，这样可以始终找到唯一原点，而且从电机角度讲是没有误差的，如果有误差，那是系统误差，与原点没有关系，如果还感觉不能满足要求，那就只能使用光栅尺或磁栅尺做大闭环了，由光栅尺原点来定，还有一个办法就是采用绝对值编码器，不过也是只到电机段，系统误差只能由机械精度保证，只有全闭环能反应真正的原点。◆*7 同步带的安装对伺服定位也有很大影响吗？答：这个情况，我想知道伺服是不是调得很软？看你的情形描述是用脉冲控制的，那么，位置环的比例增益，速度环比例增益、积分时间常数分别是多少？位置环比例增益：21rad/s速度环比例增益：105rad/s速度环积分时间常数：84ms& 这样看起来，应该不是伺服参数有问题，再查一下和电机的匹配情况。
◆*8 关于伺服的三种控制方式, 一般伺服都有三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式 。我想知道的就是这三种控制方式具体根据什么来选择的?我是做数控的，一般都是采用的速度控制方式，这个好象是NC中的轴控制卡决定的。还有我就是想知道这三种控制方式有没有性能上的差别?分别都使用在什么场合?答：速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。位置控制是通过发脉冲来控制的。具体采用什么控制方式要根据客户的要求，满足何种运动功能来选择。如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。& 一般说驱动器控制的好不好，每个厂家的都说自己做的最好，但是现在有个比较直观的比较方式，叫响应带宽。当转矩控制或者速度控制时，通过脉冲发生器给他一个方波信号，使电机不断的正转、反转，不断的调高频率，示波器上显示的是个扫频信号，当包络线的顶点到达最高值的70.7%时，表示已经失步，此时的频率的高低，就能显示出谁的产品牛了，一般的电流环能作到1000Hz 以上，而速度环只能作到几十赫兹。换一种比较专业的说法：1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。应用领域如数控机床、印刷机械等等。3、速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。4、谈谈3环，伺服一般为三个环控制，所谓三环就是3个闭环负反馈PID调节系统。最内的PID环就是电流环，此环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流，负反馈给电流的设定进行PID调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流，电流环就是控制电机转矩的，所以在转矩模式下驱动器的运算最小，动态响应最快。第2环是速度环，通过检测的电机编码器的信号来进行负反馈PID调节，它的环内PID输出直接就是电流环的设定，所以速度环控制时就包含了速度环和电流环，换句话说任何模式都必须使用电流环，电流环是控制的根本，在速度和位置控制的同时系统实际也在进行电流（转矩）的控制以达到对速度和位置的相应控制。第3环是位置环，它是最外环，可以在驱动器和电机编码器间构建也可以在外部控制器和电机编码器或最终负载间构建，要根据实际情况来定。由于位置控制环内部输出就是速度环的设定，位置控制模式下系统进行了所有3个环的运算，此时的系统运算量最大，动态响应速度也最慢。◆*9 请问怎样判断伺服电机与伺服驱动器的故障区别？答：看驱动器上的错误、报警号，然后查手册。如果连报警都没有了，那自然就是驱动器故障，当然，还有可能是根本伺服就没有故障，而是控制信号错误导致伺服没有动作。除了看驱动器上的错误、报警号，然后查手册外，有时最直接判断方法是更换，如X与Z轴伺服换（型号相同才可以）。或修改参数，如把X轴锁住，不让系统检测X轴但应注意：X轴与Z轴互换，即使型号相同，进口设备也可能因为负载不同、参数不同而产生问题。当然，如果是国产设备，通常不会针对使用情况调整伺服参数，一般不会有问题。但应注意X轴与Z轴电机功率转矩是否相同、电机丝杆是否直联以及电子齿轮减速比方面事宜。◆*10 请问，如果参考反应时间和转矩，控制的困难度和性价比的情况下，交流伺服电机和步进电机，我该选哪一种（小功率的）？答：如果不要求很高的速度，负载比较稳定，推荐选用步进电机。如果要几千rpm的转速，或者在设计制造的时候不能确定负载及阻力的大小，还是伺服电机更加踏实。◆*11 伺服电机换向究竟有多快？ 在某应用场合使用伺服电机A及伺服电机B，他们相互间的运动关系为：A轴为旋转轴始终匀速旋转，当A轴转到0度时B轴启动正转，A轴转到60度时B轴停止，A轴转到180度时B轴启动反转，A轴转到240度时B轴反转停止，A轴再次转到0度时B轴再次启动正转，如此反复。对于A轴始终匀速运转没有问题，但对于B轴需要频繁的启动停止且还要换向，因此响应速度、再生能量消耗等都成为问题，请教大家的是A轴在什么转速下B轴才能跟的上，A轴转速能超过500rpm/min吗？答：伺服电机每分钟可以定位100次以上，你的500rpm/min，可以实现500，相当9R/S，9*4=36，完全可以实现。当A轴转速是300rpm/min的时候，相当于每秒5转，则B轴要每秒启动10次停止10次，则B轴每分钟要启动600次停止600次，这当中还要反向，如果负载是大惯量的根本不可能，在假定负载是小惯量的前提下速度能有多快？我们公司的驱动加电机，我曾做了一个测试：电机A朝一个方向走，当A电机每转90度，B电机换向走90度。经过反向加转90度测试需要10ms，电机都跳起来了，只能放在一个泡沫盒了。我的程序周期是400us，在驱动器里运行。不停地加减速，请一定要考虑电机的发热问题，此问题没解决，一切都白忙活。我们以前曾遇到类似的问题，大惯量的情况下做到这点不太容易。为此曾查找过一些资料，觉得这是伺服电机动态响应能力的问题，既伺服的加速特性，应涉及到伺服电机和伺服驱动器两个方面，在所查找的伺服电机和伺服驱动器中，最快的加速时间是12us，不知这样的响应速度是否能满足你的要求。 （最后结果应结合你的转动惯量计算后确定）。◆*12 我想知道完整的伺服系统到底包括那些构件? 请指教。谢谢！答：完整的自动化系统应该包括一个控制卡，一个伺服驱动系统（包括电机和驱动器），然后是机械执行机构，当然还需要反馈了，一般是光栅尺或磁栅尺反馈吧。微机＋通用操作系统＋实时扩展这样一个平台上构建开放式数控系统，插补及运动控制均用软件实现，不采用运动控制卡。这种方式是目前广为推崇的一种数控发展趋势，华中科大的“软芯片”理论，清华大学周凯的“集成PC数控”都是指的这种技术。在国外已经有了这种成熟的产品，如MIDL的 OpenCNC系列数控产品，还有“海宝”系列，以及德国的PA系列。这些系统都是Windows NT + RTX构成的实时系统曾参观一家军工厂时看到过一台5坐标的大型激光加工中心，是进口Italy的产品，居然也是用的这种系统。软件方面应该很好处理，硬件方面如果构成伺服系统，需要：1、AD DA转换卡，这个东西市面上很多，自己做也不难。对于伺服电机控制，我个人倾向于采用模拟量控制，对于脉冲控制伺服，我个人是不太喜欢。这样对DA要求可能高一点，一般24位的DA片子应该可以满足了。AD转换可以不用，除非你想做线性输入，比方说手动线性调速。2、数字IO卡，这个也是市面上很多，一般的应该可以满足要求了，用途：电机使能（这个还是有点用的），电机信号反馈（其实没多大用处），也可做编码器检测，还有就是一些手动信号啦。3、编码器采集卡：做闭环肯定少不了咯，找个1MHz以上的。
◆*13 伺服电机如何连接到PC上？欲在微机＋通用操作系统＋实时扩展这样一个平台上构建开放式数控系统，插补及运动控制均用软件实现，不采用运动控制卡，本人对硬件方面比较陌生，恳请相关领域的网友给以帮助：1　运动控制方面需要哪些接口卡，伺服电机如何连接到PC上？2　如何通过软件向伺服电机发脉冲？3　编码器与伺服电机有什么关系，编码器又是如何连接到PC上的？..................请大家多多指教，谢谢！答： 驱动器又称伺服放大器、伺服单元，内含DSP，有自己的算法，与伺服电机构成一个伺服驱动系统，完成一些整定、滤波、抑振、补偿、调整和监控等功能，接收来自上位机的数字或模拟控制信号和来自编码器的反馈信号，来控制电机的运转。如果上位机有专门的编码器通道的话，可以从驱动器中将编码器信号采集过来，构成半闭环。补充一下，DSP也可在运动控制卡中，不在伺服驱动器中，伺服驱动器是用来控制电机用的，也就是实现诸如，矢量控制，脉宽调制（pmw）等的功能，可以接受数字量或模拟量（模拟量多为-10v---+10v）,前一网友说的需要哪些接口卡，最好使用运动控制卡，如果不用运动控制卡，可以使用i/o接口板，定时器，还有辅助的逻辑电路制成运动控制卡，这样可以实现简单功能，价格低廉。用软件向伺服电机发脉冲可以用汇编语言编写，语句很简单，mov dx,port/ mov al 0h / out dx al/ mov al 01h/out dx al/ 这样就可以产生一个上升沿。vc++60中就可以调用汇编语言，编码器是接在电机“后端”上的。pc要读编码器的信号必须要有转换电路，或者可以将编码器接在串行口上，但是必须要编写软件支持串口的协议。这样做很麻烦。还可以不用运动控制卡，利用485等方式与驱动器通信。驱动器中的DSP是用来计算控制电机的程序的，当然也有用单片机的。运动控制卡上有的使用DSP，还有用586的，或者一些专门的运动控制芯片。如果不要求很高的精度，私下认为可以自己写插补程序。比如有网友在没有插补功能的轴运动卡上实现了直线插补功能。向驱动单元发送脉冲可以有多个途径，比如通用的i/o接口板。即使使用打印口也可以完成，前提是其他的开关量较少。阁下您设计的是数控系统，看来还是选用i/o接口电路比较合理。即使采用伺服的位置控制方式，计算机一侧也需要进行坐标显示，除非你只显示指令位置而不显示机床位置，这样你还需要一块位置计数接口板，比如研华的PCL833。这种接口板的输入信号形式和编码器的输出信号形式是完全对应的，你还可以设置是否采用4倍频。有些人争论DSP究竟是在伺服驱动单元中还是在控制卡中，我觉得对阁下的选型作用不大，二者都有可能，主要看选用的是什么牌子或什么型号的产品，都有处理器或控制器，只不过是功能和运算的速度不同罢了。
◆*14问，计算机如何实现x，y，z轴三维运动控制 ？我是一个化学工作者，我希望做一个自动取样送样装置，只要计算机能控制它做x，y，z轴三维运动就可以了。请问如何实现，需买哪些东西。我还希望了解并购置数个光电传感器（CCD和CID）。谢谢。答：您可采用伺服或步进电机+驱动器，加上运动控制卡或控制器便可，但不知您系统的具体要求，比如负载、行程、速度、闭环控制等。推荐如下， 如果您所需的应该是一个三维的精密运动平台或者说是机械手，由于是取样送样装置，可能用不着插补功能，但对运动的精度要求会很高，可能还会用到精密转台。这样，您所需的装置应该和血液分析仪很相似，整个处理过程如下：将病人的血液置于采样玻璃片上，通过X-Y平台的组合运动将玻璃片送入采样区，采样头在玻璃片上划过取得标本，经过高速数据采集系统，将血液的相关数据采集到计算机中，从而得到血液的化验报告。设备对X平台的定位精度要求是0.05毫米，对Y平台的定位精度要求是0.01毫米，速度要求为1米／秒。整机采用多轴运动控制卡PMAC控制，X平台驱动部分是百科公司交流伺服系统，Y平台采用带光栅尺反馈的直线电机驱动，转台采用整合了直流无刷伺服电机和圆光栅反馈的直驱转台。多轴运动控制亦可采用研华公司的PCI-1240或NOVA公司MCX314芯片制作的运动控制卡，PCI和ISA总线都有，该卡具有圆弧插补，直线插补功能，可驱动伺服，步进系统。可实现单轴运行或三轴联动、任意两轴联动插补控制，并由硬件实现机械装置的超限保护。只要把输出信号接至驱动器，现场限位信号接入插头，即可实现三轴／双轴／单轴系统联动插补控制及超限保护，适于开发类似于三坐标／两坐标钻铣床、雕刻机、小型实验台等精确定位控制。对于光电传感器，可以采用提供基于CCD的视觉检测产品，将定位系统和机器视觉系统集成。◆*15问，解释位置环的作用？何谓“前馈环节”？何谓比例(P)调节器？作用是什么？答：对一个全闭环控制伺服运动控制系统而言，上位机(数控系统)对G指令等数控文件进行解读，进行轨迹的插补运算，输出控制伺服电机，此时，伺服电机驱动器是运行在速度控制模式，伺服电机驱动器只是做简单的速度跟踪(上位机输出的电压值与伺服电机电压输入值成线性关系)。为了避免机械冲击和提高系统的稳定性，伺服系统的位置环通常采用简单比例控制，而速度环和电流环则采用PI控制，因此机械系统是一个位置跟随器，在不考虑起始与结束的情况下，其跟随误差正比与指令速度，对于恒速度指令，其跟随误差是一个常量（假设无干扰），因此其控制器输出--速度，也是恒定的。伺服控制单元都是商品化的，通常是不开发的。但可以通过参数设定来改变，不知你所接触的伺服系统使用在哪方面，我所接触的用在机床方面，前馈控制既跟随误差可以通过数控系统的参数设定实现。位置环的作用是产生电机的速度指令并使电机准确定位和跟踪。通过设定的目标位置与电机的实际位置相比较，利用其偏差通过位置调节器来产生电机的速度指令，当电机初始起动后(大偏差区域)，应产生最大速度指令，使电机加速并以最大速度恒速运行，在小偏差区域，产生逐次递减的速度指令，使电机减速运行直至最终定位。为避免超调，位置环的调节器应设计为单纯的比例(P)调节器，为了系统能实现准确的等速跟踪，位置环还应设置前馈环节。
还有一些补充：1.偏差是控制器（或者称校正器）的输入，控制器的输出是控制量，控制量只有为零时，电机才能以恒速运行（无外扰的情况下），通常也就是输入量为常值。这种情况也只有进入稳态后才发生，如果于输入信号非稳定，则不可能是恒速。2.P是导致超调最直接的原因，因为P增大，通频带展宽，动态响应快，超调随之增大。位置环里校正器完全可是任何校正器，只要能保证动态和稳态性能即可。比例校正只是最简单的一种校正形式。校正器不但可以线性的，还可以是非线性的，比例还只是最简单的线性校正。3.前馈也完全可以不用，如果系统设计的好。前馈是为了加快速度响应而引入的，没有反馈，完全不能使用，对于某些系统，引入前馈不但不能加快速度响应，还导致有静差存在。如果你列出传函，看一下前馈对极点的影响就明白了。前馈是指根据指令的偏差控制，当一个系统处在跟随误差较大的运动阶段时（运行速度较快），可以加入前馈环节，有助于提高响应速度和改善轨迹控制中的拐角处的工艺特性。一个典型的复合PID控制简述如下：设跟随误差e的阈值为a，则if e&a Then P+前馈else if 指令增量为零（进给保持阶段）then PIDelse P或PD◆*16问，我要设计一个类似机床的产品，对三轴定位要求比较高，想采用双闭环控制系统，内环采用速度环，外环采用位置环，速度环采用伺服电机上的增量编码器，外环采用装在机械末端的绝对编码器反馈以减少机械误差，不知可有这样的伺服驱动器可处理两个环的反馈信号而不需要将位置环交给上位处理。答：进口的当然有了，但可是很贵，而且这种伺服系统一般货期都比较长。如可用松下全闭环的就行了，它是靠机械系统最终的位置传感器来做位置反馈，回到驱动器，做运算处理的，而其内部又有速度环，刚好满足您的要求。如果你的三轴需要联动，仅仅选用伺服是不够的，还需要控制器带2轴或3轴插补的功能，这样才能做复杂的运动控制。为何位置环选用绝对值编码器？如果分辨率一样的话，绝对值和增量的精度是一样的啊，只是绝对值可以记忆单圈的位置，而且绝对值通常要贵一些。而且只是在电机旋转轴上加的话，没必要啊，何况就有带绝对值的编码器的伺服，其实和增量的伺服没什么大的区别，而且通常的伺服速度环和位置环都已经做在电机和驱动器之间了，不需要我们自己做闭环。如果你考虑机械传动造成的误差，那应该在最终的直线部分加配线性的速度反馈元件：光栅尺或磁栅尺做外环位置反馈，光栅尺（磁栅尺）和编码器的原理都一样，只不过是直线的，而编码器是旋转的；而且光栅尺（磁栅尺）好象没有绝对值的，只有增量的，这样就可以消除由于传动的机械误差了。◆*17 关于交流伺服电机的几个问题：问（1）：交流同步伺服、交流异步伺服的额定转速与极数是否有关？n1=60f/2p？额定转速以下输出恒转矩，额定转速以上恒功率，那么额定转速的界定是由电机本身的机械决定还是驱动器来决定？答：有关，同步转速n1=60f/2p，异步机还有滑差s，n=(1-s)n1，同步机n=n1，2p为极对数。我觉得控制中弱磁速度的界定是由驱动器判断的。额定转速可以由几个方面决定：同步伺服的反电势高低、电机铁心材料允许的驱动电流交变频率、额定转矩下电机的最大功率、最高温升等，最主要还是反电势；异步电机主要受材料允许的最高频率以及极对数限制。额定转速的界定由电机本身的机械和电器特性来决定。问（2）：交、直流伺服的区分是否取决于驱动器与电机间的电流或电压的形式？但直流无刷伺服的电流方向也变化？是否可以理解为交流？交流伺服是否是以直流无刷伺服的原理为基础演变的？答：交流伺服通常指以正弦波驱动方式的伺服，无刷驱动相当于整流子数为6（7）的有刷直流电机的控制精度，一般低速特性较差。商业上也有称他为交流伺服，仅因为他甩掉了电刷，但特性恐怕比好的交流伺服、直流伺服有差距，10000倍的调速比无刷电机绝难达到。直流无刷马达其实是自控式永磁同步马达的一种，不过是矩形波供电，而通常说的永磁同步马达是正弦波供电的。之所以说是“直流电机”，主要考虑到无刷马达的控制器相当于直流有刷马达的电刷和换向器，实现“电子换向”，从直流母线侧看相当于直流电机。直流伺服用于直流电机，不是直流无刷电机；直流无刷电机与交流伺服电机其实是一回事，就是交流同步电机（交流永磁同步伺服电机）。问（3）：交直流伺服对力矩的控制是否类似于变频器的矢量控制的坐标转换，用数学模型虚拟出转速电流和转矩电流？对其进行PID调节？答：你的问题太泛，交直流对力矩的控制，方法各异。但不管怎样，伺服控制都必须找到一个可以线性对应于电机力矩的量来控制——直流伺服就是电枢电流，交流永磁同步电机就复杂多了：矢量解析、cosQ=1控制、自同步控制等。类似。同步马达也可以矢量变换，只不过控制结构不同，矢量控制的实质在于磁场定向，如永磁同步马达常用转子磁场定向，磁通电流给定id=0，iq正比转矩。
另：我的意思是你是否确定被拖电机的额定频率是50Hz。同步机械转速应该始终与极对数和输入频率相关的，即n=60f/p。因为产生恒定转矩的条件就是定、转子磁场同速不同相，定子磁场的转频正比于定子频率，转子磁场当然也要与其同频。在额定频率输入下的转速应该是额定转速。我们国家规定的交流电的工频就是额定频率是50Hz，所以交流电机的额定频率几乎都是50Hz。但是伺服电机大多数是以中频电源为额定驱动频率的，所以可以这样理解，中频一般是400Hz，虽然伺服电机参数里没有这项参数。。。问（4）：电机的极对数？答：n1=60*f/2pp一般表示电机的极对数数，2p是极数。1对极包括N极和S极，极数当然是极对数的两倍。同步电机机械转速=60*运行频率/极对数；异步电机机械转速=60*运行频率*（1-滑差率）/极对数◆*18 UPS 和 隔离变压器，谁在前？UPS是否具有隔离作用？当UPS和隔离变压器结合使用时，那个放前级？我个人认为隔离变压器应放前级，隔离是保护的前提。但是，应用中并不方便，因为隔离变压器通常是在控制柜内集成的，而UPS是后面加入的，接线似乎更麻烦。答：首先明白隔离变压器是隔离什么的，它是用来隔离共摸干扰的。如果你的负载必须滤除共摸干扰就要加装隔离变压器，当然是加在UPS的输出比较合适了。但现在的UPS电源有的已经是加了隔离变压器或是安装了扼流圈，就没有必要加了。至于说是输出电压是多少那得看你的变压器是不是理想的隔离变压器了，因为有的是隔离升压的。隔离变压器的种类：（1）绝缘变压器 一次侧绕组与二次侧绕组之间加绝缘层，圈数比为一比一，此种变压器称为「绝缘变压器」，主要功用使一次侧与二次侧之电气完全绝缘，也使该地回路隔离，另借着铁心的高频铁损耗大而衰减高频杂讯，但由于一次二次绕组之间有静电容量Cs存在，具有电容器耦合现象，故仍然会有高频的杂讯透过该电容器由一次侧交连至二次侧。（2）遮蔽变压器 所示一次侧绕组线圈与二次侧绕组线圈之间包裹一层铜板作为静电遮蔽（FaradayShield），只要在该静电遮蔽板焊接一条导线接地（接大地）即可使原有Cs静电容量分割成C1与C2导向大地，如此可避免将一次侧的高频杂讯交连至二次侧，此种结构之变压器称为「遮蔽变压器」而（1）（2）均可称为隔离变压器UPS的本质功能是即时提供后备电源以确保主电源出现掉电时保持供电不中断，因此隔离并非必须。所以UPS电源一般是直接将引入的交流整成直流。但直流电源逆变一般离不开一个设计工作在中频的变压器。由于隔离变压器较比自藕变压器无需增加多少成本，却能换来结构的灵活和相对好的安全性，所以这里的变压器自然采用初次级隔离的结构。如果特定应用中需要进行隔离，比如要带动手动机械工作，需要将电源电压降低到安全电压，那建议你设计中利用逆变环节中的中频变压器实现，这样可以有效的减小总的体积和重量。如果加隔离的目的另有其他用图则另论。针对隔离变压器的功能：（A）隔离（B）去共扰隔离变压器的原理很简单，主要就是针对这些噪声都是中高周波的特性而设计。因为我们知道，中高周波在我们的硅钢片型的变压器耗损相当大。不大会从一次线圈感应到二次线圈输出，因此就可以达到我们要干净电源的目的。而开关、电机马达运转等，在电源上会以倍频或突波的方式传至各电源插，因此电源受到污染的情形相当严重。（C）变压隔离变压器的作用就是对高压进行处理，将电压相对地线改变。对于（C）项功能，显然应当将隔离变压器放在UPS前端；对于（A）（B）放UPS前端和后端都可以，由UPS的要求来决定。◆*19 电源质量问题的危害分析及解决方法电源是信息系统及电子产品地心脏，交流电源的质量决定了信息系统及电子产品能否正常地工作。因此了解交流电源的质量问题，才能为其提供有效的解决方案。交流电源存在的质量问题有以下几种。电源质量问题& 1．电压的变化范围过大，电网供电不足，供电部门采取降压供电，或地处偏远地带，损耗过多，导致电压偏低；电网用电太少，导致电压偏高。电压太低，负载不能正常工作；电压太高，负载使用寿命缩短，或将负载烧毁。2．波形失真（或称谐波）产生的原因是整流器、UPS电源、电子调速装备、荧光灯系统、计算机、微波炉、节能灯、调光器等电力电子设备和电器设备中开关电源的使用。谐波对公用电网的危害主要包括： （1）使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低了发电、输变电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时，会引起线路过热甚至发生火灾；（2）影响各种电气设备的正常工作，除了引起附加损耗外，还可使电机产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏；（3）会引起公用电网中局部并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，使前述的危害大大增加，甚至引起严重事故；（4）会导致继电保护和自动装置误动作，并使电气测量仪表计量不准确；（5）会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。3．突波（或称电涌、浪涌）指在瞬间内（数毫秒间）输出电压有效值高于额定值110%，持续时间达一个或数个周期，是破坏精密电子设备的主要元凶。除受到雷击产生外，另外主要是由于电网上连接的大型电气设备关机开机时，电网因突然卸载而产生的高压。（1） 电涌对敏感电子电器设备的影响有以下类型。 破坏：电压击穿半导体器件；破坏元器件金属化表层；破坏印刷电路板印刷线路或接触点；破坏三端双可控硅元件／晶闸管……。 干扰：锁死、晶闸管或三端双向可控硅元件失控；数据文件部分破坏数据处理程序；出错：接收、传输数据的错误和失败；原因不明的故障……。 过早老化：零部件提前老化、电器寿命大大缩短；输出音质、画面质量下降。（2） 电涌会毁坏哪些电气设备：含有微处理器的电气设备极易受到电涌的毁坏，这包括计算机及辅助设备、程序控制器、PLC、传真机、电话机、留言机等；程控交换机、广播电视发送机、影视设备、微波中继设备；家电行业的产品包括电视机、音响、微波炉、录象机、洗衣机、烘干机、电冰箱等。调查数据表明：在保修期出现问题的电气设备中，有63%是由于电涌造成的 4．尖波（或高压尖脉冲）指峰值达6000V，持续时间从10-4－10ms的电压。这主要由于雷击、电弧入电、静态放电或大型电气设备的开关操作而产生。 它的危害主要是：尖峰脉冲幅度很大时，会破坏工控机开关电源输入滤波器、整流器甚至主振管。再加之其频谱很宽，也会窜入计算机造成干扰。5．瞬态过电压和暂态过电压指峰值电压高达20000V，但持续时间10-6s－10-4s的脉冲电压。其产生的主要原因及可能造成的破坏类似于高压尖脉冲，主要由雷电所致。 它的主要危害是：以大规模集成电路为核心组件的测量、监控、保护、通信、计算机网络等先进电子设备、以大型CMOS集成元件组成的等电子设备普遍存在着对暂态过电压、过电流耐受能力较弱的缺点，暂态过电压不仅会造成电子设备产生误操作，或者造成电子设备受到干扰，数据丢失，或暂时瘫痪；严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁，使整个系统陷于瘫痪。 6． 电压下陷/下降指市电电压有效值界于额定值的80-85%之间的低压状态，并且持续时间达一个到数个周期，甚至更长。其产生的原因包括大型设备启动和应用、大型电动机启动、或大型电力变压器接入、主电力线切换、线路过载等。 它的危害主要是：对计算机的影响轻则使keyboard等接口设备暂停作业，重则使数据流失、档案毁坏。电压的下陷同时也会使计算机内的组件毁坏，以致于寿命减短。电压下陷是最常见的电力问题，它占了电力问题的87％。 7． 三相电压不平衡指各相之间相电压不相等或线电压不相等。是由于各相负载不平衡造成的，即与用户负荷特性有关，同时也与电力系统的规划、负荷分配也有关。有关标准规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2%，短时间不得超过4%。对变压器的危害：三相负载不平衡时，使变压器处于不对称运行状态，造成变压器的损耗增大(包括空载损耗和负载损耗)。根据变压器运行规程规定，在运行中的变压器中性线电流不得超过变压器低压侧额定电流的25%。此外，三相负载不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件升温增高，甚至会导致变压器烧毁。对用电设备的影响：三相电压不平衡的发生将导致达到数倍电流不平衡的发生，诱导电动机中逆扭矩增加，从而使电动机的温度上升，效率下降，能耗增加，发生震动，输出亏耗；导致用电设备使用寿命缩短，加速设备部件更换频率，增加设备维护的成本；使中性线中流入过大的不平衡电流，导致中性线增粗。对线损的影响：加大线损损耗，其中负荷方式不同影响也不同。以三相四线制结线方式为例，当一相负荷重，两相负荷轻的情况下线损增量较小；当一相负荷重，一相负荷轻，而第三相的负荷为平均负荷的情况下线损增量较大；当一相负荷轻，两相负荷重的情况下线损增量最大 。当三相负荷不平衡时，无论何种负荷分配情况，电流不平衡度越大，线损增量也越大。8． 杂讯干扰（或称噪声）指射频干扰（RFI）和电磁干扰（EFI）及其它各种高频干扰，源于电磁波或高频波感应。电机运行、断电器动作、马达控制器工作、广播发射、微波辐射及电气风暴都会造成噪声。它的危害主要是：让电脑CPU产生误判动作，严重者可能烧坏CPU和其他电脑配件，可造成无线电传输中断；感应传导到四周环境，导致其他电子设备. 无法正常工作；可使民航系统工作失效，通信不畅，计算机运行错误，自动设备误动作。◆*20 能否对三菱IPM功率模块做些简单介绍？答：目前无锡百科公司生产的BD系列交流伺服单元的内部原辅材料、元器件的选型采购，全部选用优质、有一定生产规模的正规的专业生产厂家直接供货，以保证原辅材料的质量稳定、可靠。在电源控制部分选用三菱IPM智能功率模块，IPM功率模块归纳起来有如下优点：&& 三菱智能功率模块IPM（Intelligent Power Module）不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以保证IPM自身不受损坏。三菱的IPM一般使用IGBT作为功率开关元件，内藏电流传感器及驱动电路的集成结构。三菱IPM以其高可靠性，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种非常理想的电力电子器件。& IPM 功率模块的优点：1） 开关速度快。IPM内的IGBT芯片都选用高速型，而且驱动电路紧靠IGBT芯片，驱动延时小，所以IPM开关速度快，损耗小。2） 低功耗。IPM内部的IGBT导通压降低，开关速度快，故IPM功耗小。3） 快速的过流保护。IPM实时检测IGBT电流，当发生严重过载或直接短路时，IGBT将被软关断，同时送出一个故障信号。4） 过热保护。在靠近IGBT的绝缘基板上安装了一个温度传感器，当基板过热时，IPM内部控制电路将截止栅极驱动，不响应输入控制信号。5） 桥臂对管互锁。在串联的桥臂上，上下桥臂的驱动信号互锁。有效防止上下臂同时导通。6） 抗干扰能力强。优化的门极驱动与IGBT集成，布局合理，无外部驱动线。7） 驱动电源欠压保护。当低于驱动控制电源（一般为15V）就会造成驱动能力不够，增加导通损坏。IPM自动检测驱动电源，当低于一定值超过10μs时，将截止驱动信号。8） 内藏相关的外围电路。9） 无须采取防静电措施。10） 大大减少了元件数目。体积相应小。
◆*21 关于PID参数如何设定调节 我是刚刚接触过程控制的一名维护人员，因为以前没搞过，所以不知道如何设定一些仪表的PID参数。PID值的增、减对过程量有什么影响？请问哪里有这方面的书可以参考？还有，一些资料上说的正、反作用是什么意思？请指教！答：王仁祥：《PID控制简介 》 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上；控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligentregulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。1.&开环控制系统 　 开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。 2.&闭环控制系统 闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈(Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。 3.&阶跃响应 阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后﹐系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性(stability)，一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的﹔准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来(Steady-stateerror)描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差﹔快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。 4.&PID控制的原理和特点　 　在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 1.&PID控制器的参数整定 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作﹔(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期﹔(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
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