伺服液压运动控制：选择PLC还是运动控制器？

一些闭环运动控制的运用很显然需求运动控制器，但是一些人也可以通过运用PLC来完成闭环控制。当然，选择何种控制方式常常难以结论。

当你可以运用PLC控制的时分，为什么还需求花钱去购买一个专用的电液运动控制器呢？答案很简略。一般来说，考虑的要素包含运用数量，完成难度，可用时间，出产效率，精度要求以及经济性等。做出何种抉择往往是很迷糊的。依据以往的阅历，我知道哪种类型的运用可以用PLC，哪种不适用。

关于大多数的控制系统规划者来说，本钱是首战之地的主见。最简略的办法就是购买带有模拟量输入和输出的PLC用于各种轴的控制，还可以带有一些数字I/O，接着就可以编程了。一般都是从最简略的比例控制开端，乃至PID控制块都不需求。这就是现在市面上大多数的液压伺服控制的做法，人们接受液压的培训许多，但也仅限于此。

模拟量的反响有必要转化缩放为方位单位。但是，我很奇怪的是，在一些PLC论坛里，许多的人在咨询怎么把一个模拟量转化为毫米或英寸。假定编程的工程师在问，很显然他啥也编不了。对输入值比例缩放之后，很简略的做法就是，从指令方位减去实践方位，差值乘以比例增益，该值作为模拟量的输出至阀。就是这么简略!

1.该仿真显现了当指令方位遽然改动100mm时将会发生什么。控制输出在100%丰满，执行器遽然加速。实践方位则慢慢的靠近100mm的政策值。模拟量控制的PLC设置

PLC控制的一个应战发生在液压缸的指令和实践方位相差很大的状况，因为此时输出至阀的信号或许很大。成果就是液压缸全速运动至指令方位。在指令方位的时分会发生什么就取决于增益和负载大小了。有时分液压缸会滑润减速至指令方位，但是假定负载很大，也会发生超调，并带有衰减振动。

关于此问题可以有多种处理计划。一个简略的办法就是约束输出值为低于100%的某个值。更好的处理办法就是准备一个政策发生器，从而可以朝着指令方位的的方向增加政策值。接着，不是比较指令方位与实践方位，而是比较实践方位与下一个政策方位。政策方位在当时方位开端发动，依照希望的速率增加并抵达指令方位。关于长行程运动来说，则可以避免初始运动时的振动和冲击。这种处理计划相对来说也比较简单施行。

举个比方，假定两个液压缸跟随相同的政策方位，其方位同步是相对简单的。假定两个缸所受的负载彻底一起，政策值的跟踪过失也应该一起，因此它们的实践方位也会非常靠近。那么，关于只要比例控制的系统来说，跟踪过失是什么呢？
　　跟踪过失公式：
　　Ef=v/(K？Kp)
　　此处:
　　Ef-跟踪过失，mm,
　　v-速度,mm/s,
　　K-开环增益,(mm/s)/%
　　Kp-比例增益，%/mm.
　　2.该曲线与图1说设想的计划一样，仅仅指令方位只改动10mm。留心的是它们用了相同的时间。这是因为运动控制的时间常数是5倍。5倍时间常数即0.358s。意味着1mm的运动要花0.358s才干抵达政策值的1%。

单位很重要，并需求保持一起。百分比代表控制输出的百分数。控制输出的百分数可以是±10V,±20mA的百分数，或许其它的，只需单位一起就可以。当运用PLC的时分，跟踪过失一般状况并没有那么重要，液压缸只需求可以大体的靠近指令方位即可。上面的等式适用于对跟踪过失有限定的运用。用户可以抉择动作速度，以满意运用要求。

核算开环增益需求用到VCCM公式，其核算了在100%控制输出时最大的稳态速度。该公式在相关论坛现已讨论过许屡次。(延伸阅览：VCCM-假定流量核算不再是Q=A*V？)

比例增益的核算略微杂乱一些。你可以测验运用试错法，确认一个可以看起来可以工作的数值。假定增益太低，液压缸照应会很缓慢。假定增益太高，执行器会有振动的或许。但是，最优的增益是可以核算的：

Kp=2？ζ？ωn？(9？8？ζ2)/(27？K)

此处：

Kp-比例增益，输入过失信号改变的相对值mm与输出信号改变的相对值之比的百分数表明,

ζ-阻尼系数(不知道时假定为0.3333),

ω-天然频率，弧度/s

K-开环增益

你或许无法在教科书里找到比例增益公式推导的来历。但是，液压系统规划工程师实践上知道怎么控制最优的比例增益，因为他们有必要确认阻尼系数，天然频率以及开环增益。一般，天然频率是依据油液的体积弹性模量，液压缸效果面积，油液紧缩量，质量等核算而来。因为跟踪过失取决于开环增益和比例增益，液压规划者有必要控制跟踪过失。

3.该仿真显现了增加一个简略的政策发生器所带来的优点。需求留心的是控制输出并不丰满，实践方位移动更滑润。速度抵达希望值的250mm/s(100mm/0.4s)。加速度小许多。速度比例与第1和第3个仿真有很大不同。

关于比例控制的其它考虑

假定控制系统现已调定好，并开端一段短行程的运动，并工作起来好像很正常。企图运动更长一点的间隔，两次运动耗费简直相同的时间。原因就在于跟着过失减小，控制输出也减小，因此速度也会大幅减小。关于实践的方位，假定减小的过失低于原始过失1%，其将耗费5倍的时间常数。

时间常数就是控制目标减小63%的错误所用的时间。因此，假定过失敏捷上升10mm，而时间常数是1s，过失将在1s之后降至3.68mm。2s之后，过失将降至1.35mm。在5倍的时间常数(5s)之后，过失将减小至0.067mm-低于原始过失10mm的1%。时间常数抉择了控制系统将要花多少时间来照应系统的干扰。

现在问题就是，关于一个仅仅选用比例增益的液压缸，怎么核算其时间常数？公司并不难：

τ是最优时间常数。

τ=3/(2？ζ？ωn)

假定阻尼是0.33333，天然频率是10Hz，则时间常数是：

τ=3/(2？0.333？2？π？10)=0.072s.

因为其耗费5倍的时间常数以抵达减小过失至1%，运动过程则将需求0.358s。

需求再次留心的是，最优的时间常数彻底由机械(液压)规划者来抉择。5倍时间常数的时间过长，液压系统规划者就需求考虑前进天然频率，或许通过增加抵触前进阻尼。增加抵触糟蹋能源。前进天然频率需求增加液压缸缸径，而且也会增大阀通径，蓄能器容积，泵才干以及增加的元件本钱。

选用带PLC的简略的比例控制液压系统好像简单得多，但是PLC编程人员对许多重要的参数并没有去控制。这种约束并不是编程人员的才干问题，而是液压和机械规划方面的原因。不幸的是，PLC编程人员一般是最终一个接触到液压系统的人，他被寄希望于“机械和液压问题，让电气和软件来处理”，但是，这种现实，不会总是发生。系统的特性行为在规划和制造阶段现已定性了。

设备的功用可以通过运用精细的液压伺服控制系统得到前进。初始的本钱会很高，但是其功用也提升了。设备也变得易于保护，需求的保护频率也不高了。

下面是仅仅选用比例控制的简略运动的三种仿真。它们依据规范的线性化运动仿真模块，用于伺服液压缸和负载。

H(s)=(K？ω2n)/[s？(s2+2？ζ？ωn？s+ω2n)]

K,-开环增益，假定为10(mm/s)/%的控制输出，

s,-拉普拉斯算子，是一个频率，弧度/s，

ζ-阻尼系数，假定为0.33333，无量纲，

ωn-天然频率，弧度/s。示例中天然频率为10Hz。

这些仿真给你提出了一些问题，比方：怎么前进照应时间？这些问题将会在后续的讨论中进行答复。

来源：液压传动与控制

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