裝配生產線位置控制系統設計

馮強

摘要：本文以減震部件裝配生產線為研究對象，采用雙環+前饋的控制方式，利用伺服驅動器本身構成速度環控制，利用位置控制器構成位置環控制，建立了位置控制系統的傳遞函數，利用工程設計法把系統分別校正為Ⅰ型系統和Ⅱ型系統。對采用PID控制算法和前饋+反饋控制算法時系統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的精度和響應速度有所提高。

關鍵詞：位置控制系統;反饋+前饋控制;自動化裝配系統

減震裝置裝配生產線的應用，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，節約了成本。設備簡圖如圖1所示。

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

PID控制是生產過程自動控制中最基本的位置控制方式，當PID的參數選擇合適，相互配合適當，便可達到快速敏捷、平穩準確的調節效果。并結合前饋控制作用及時，以及反饋的抗干擾能力強的優點，構成前饋+反饋復合型控制系統。

一、伺服系統傳遞函數中參數的確定

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

二、控制器的設計

從圖10中可以清楚的看到，當 時，位置控制系統對階躍信號的響應速度快，而超調量卻減小了，調節時間也變得很小，且沒有穩態誤差，控制效果良好。因此，位置環控制系統應采用校正為典型Ⅰ型系統。

位置前饋算法是現在位置控制系統中常用的一種控制方法，它能夠消除斜波信號的穩態誤差，并提高響應速度。

三、前饋+反饋的復合控制

1.前向差分控制

圖12表示前饋控制算法。

2.前饋+反饋復合控制器

圖13為前饋+反饋復合控制器的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+反饋復合位置控制系統的SIMULINK仿真模型。

從以上兩圖中可知，系統的穩態誤差已經達到要求，快速響應性良好，超調量也大大降低，很好的反映了前饋控制的作用，滿足了系統精度的要求。采用前饋+反饋復合控制方式，既可以保證系統快速響應性能，提高了系統的控制精確。

四、總結

通過電機的傳遞函數，分別對系統的速度環和位置環進行了設計，利用工程設計法對系統進行了校正，得出了反饋+前饋控制的系統參數，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的穩定精度和響應速度，是過程控制中一種十分有效的控制方式。

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