整定伺服电机的PID增益

更新 Oct 31, 2018

适用于

Hardware

  • PXI-7350

Software

  • Measurement and Automation Explorer (MAX)

Driver

  • NI-Motion

问题详述

我的伺服电机的控制参数不是很理想,如何能够对这些PID参数进行简单的调整,使电机的响应接近给定值?

解决方案

本文旨在补充Understanding Servo Tune白皮书,该白皮书全面地阐述了伺服整定的概念。手动伺服整定过程没有完美的方法,但下面阐述的方法提供了一种简单方法,可以快速确定合理范围内的增益,从而使系统得到接近给定的响应。

使Measurement&Automation Explorer(MAX)整定

调整NI-Motion系统的一种方法是将Step ResponseControl Loop选项卡以独立窗口打开,可按照下列步骤操作:
  1. 在MAX中,找到运动控制器(motion controller)的Calibration»Servo Tune
  2. 单击并按住“ Step Response”选项卡
  3. 拖动鼠标,直到“ Step Response”选项卡显示为独立窗口
  4. 单击窗口右上角的图钉按钮图标以打开“ Step Response”窗口。
  5. 对“ Control Loop”选项卡重复上述步骤。调整窗口大小和位置,以便在调节电机时可以并排观测。窗口照片如下所示。
整定方法

现在,两个窗口都已经打开,可以在调整控制循环参数的时候,直接看到系统的阶跃响应曲线。具体如下:
  1. 将三个PID参数Kp,Kd和Ki设置为0。
  2. 首先调整Kp。将其设置为远低于目标的一个值。如果不确定,设为1即可。
  3. 单击“ Step Response”按钮,查看系统的阶跃响应曲线。想了解更多阶跃响应的知识,请参考上文提到的Understanding Servo Tune文档。
  4. 如果图表显示参数:
    • 太低 - 将参数值加倍。
    • 太高 - 将参数设置为当前值和先前值之间的中间值。
  5. 重复步骤3和4,直到取得合适的Kp。对于大多数系统来说,所谓合适的Kp意味着输出值围绕着输入值震荡,并略有衰减。如果震荡一直存在,而不是如下图所示一直衰减,那么系统是不稳定的。对于这种不稳定的情况,你需要在重复3、4步骤逐渐增大 K值的同时,设定一个比较小的 Kd 值。
  6. 如果Kp已经调整至一个合适的值,接下来将调整Kd 。
  7. 重复步骤3和4,直至取得合适的Kd 。对于大多数系统来说,所谓合适的Kd 意味着响应的曲线不再一直震荡下去,而是迅速衰减至一个稳定的值,这个最终的稳定值与输入值略有偏差,此偏差可通过调整Ki消除。
  8. 如果Kd已经调整至一个合适的值,接下来调整Ki 。
  9. 重复步骤3和4,直至取得合适Ki。这个参数与位置误差积分相关,可以用于消除前面所说的偏差。调整此参数时请尽量保守一些,因为它有可能导致系统不稳定。
有关调整示例,请参阅Understanding Servo Tune文档。

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