运动控制中速度前馈的作用

控制理论分析

无速度前馈时的控制框图

无速度前馈时的传递函数

 加入速度前馈时的控制框

 加入速度前馈时的传递函数

  通过对比有无速度前馈时的传递函数，可以看出，加入速度前馈后，传递函数的分子中增加了s2项，该项成为分子中的最高频率项，这个改善了系统对高频指令的响应，分母则保持不变。这意味着指令响应提升了，但稳态裕度和扰动响应都没有受到损害。

参考书籍:《Control System Design Guide. Using Your Computer to Understand and Diagnose Feedback Controllers》by George Ellis

器材准备

博能传动AX-CM55 PROFINET伺服驱动器和MX系列伺服电机

西门子1515T PLC

普通丝杠滑台(螺距5mm)，MX伺服电机通过联轴器直连丝杠。

实验内容

使用西门子1515T PLC通过PROFINET通信控制博能传动AX系列伺服驱动器。使用105报文+DSC，使用PLC中的轴工艺对象。PLC发位置偏差值和速度前馈值给驱动器，驱动器反馈实际位置值和实际速度值给PLC。

   使用MC_MOVEABSOLUTE块控制滑台从-200mm位置运行到200mm位置。速度设定值为250mm/s,加速度设定值为1000mm/s2,减速度设定值为1000mm/s2。位置调节器的增益(Kv因子)默认使用10.0。速度前馈增益在驱动器参数中【G01.21 速度前馈增益】

 实验结果

速度前馈增益=0%(禁止速度前馈)

 可以看到位置跟随误差的最大值在24mm。

速度前馈增益=100%

 可以看到位置跟随误差的最大值-1.125mm。但此时在加速过程中出现了较为明显的速度超调。

速度前馈增益=93%

 可以看到位置跟随的误差的最大值为0.8mm。

实验结论

从这个实验的结果可以清楚的看出，在伺服控制系统中速度前馈的加入极大的减少了跟随误差，提升了系统的动态性能。但速度前馈的作用过大也会引起超调。

补充说明，因为本次只探讨速度前馈的作用，所以并未调节位置调节器的增益，所以通过调节位置调节器的增益，位置跟随误差还可以进一步缩小

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