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伺服液壓運動控制：選擇PLC還是運動控制器？

你也許無法在教科書里找到比例增益公式推導的來源。然而，液壓系統(tǒng)設計工程師實際上知道如何控制的比例增益，因為他們必須確定阻尼系數(shù)，自然頻率以及開環(huán)增益。通常，自然頻率是根據(jù)油液的體積彈性模量，液壓缸作用面積，油液壓縮量，質量等計算而來。因為跟蹤誤差取決于開環(huán)增益和比例增益，液壓設計者必須控制跟蹤誤差。

3.該仿真顯示了添加一個簡單的目標發(fā)生器所帶來的好處。需要注意的是控制輸出并不飽和，實際位置移動更平滑。速度達到期望值的250mm/s（100mm/0.4s）。加速度小很多。速度比例與第1和第3個仿真有很大不同。

對于比例控制的其它思考

假如控制系統(tǒng)已經(jīng)調定好，并開始一段短行程的運動，并工作起來似乎很正常。試圖運動更長一點的距離，兩次運動消耗幾乎相同的時間。原因就在于隨著誤差減小，控制輸出也減小，因此速度也會大幅減小。對于實際的位置，如果減小的誤差低于原始誤差1%，其將消耗5倍的時間常數(shù)。

時間常數(shù)就是控制對象減小63%的錯誤所用的時間。因此，如果誤差迅速上升10mm，而時間常數(shù)是1s，誤差將在1s之后降至3.68mm。2s之后，誤差將降至1.35mm。在5倍的時間常數(shù)（5s）之后，誤差將減小至0.067mm-低于原始誤差10mm的1%。時間常數(shù)決定了控制系統(tǒng)將要花多少時間來響應系統(tǒng)的干擾。

現(xiàn)在問題就是，對于一個僅僅采用比例增益的液壓缸，如何計算其時間常數(shù)？公司并不難：

τ 是時間常數(shù)。

τ = 3/(2 ? ζ? ωn )

如果阻尼是0.33333，自然頻率是10Hz，則時間常數(shù)是：

τ = 3/(2 ? 0.333 ? 2 ? π ? 10) = 0.072 s.

因為其消耗5倍的時間常數(shù)以達到減小誤差至1%，運動過程則將需要0.358s。

需要再次注意的是，的時間常數(shù)由機械（液壓）設計者來決定。5倍時間常數(shù)的時間過長，液壓系統(tǒng)設計者就需要考慮提高自然頻率，或者通過增加摩擦提高阻尼。增加摩擦浪費能源。提高自然頻率需要增加液壓缸缸徑，而且也會增大閥通徑，蓄能器容積，泵能力以及增加的元件成本。

采用帶PLC的簡單的比例控制液壓系統(tǒng)似乎容易得多，但是PLC編程人員對很多重要的參數(shù)并沒有去控制。這種約束并不是編程人員的能力問題，而是液壓和機械設計方面的原因。不幸的是，PLC編程人員通常是最后一個接觸到液壓系統(tǒng)的人，他被寄希望于“機械和液壓問題，讓電氣和軟件來解決"，然而，這種事實，不會總是發(fā)生。系統(tǒng)的特性行為在設計和制造階段已經(jīng)定性了。

設備的性能可以通過使用精密的液壓伺服控制系統(tǒng)得到提高。初始的成本會很高，但是其性能也提升了。設備也變得易于維護，需要的維護頻率也不高了。

下面是僅僅采用比例控制的簡單運動的三種仿真。它們基于標準的線性化運動仿真模塊，用于伺服液壓缸和負載。

H(s) = (K ? ω2n)/[s ? (s2 + 2 ? ζ ? ωn ? s + ω2n)]

K,- 開環(huán)增益，假定為10 (mm/s)/%的控制輸出，

s, - 拉普拉斯算子，是一個頻率，弧度/s，

ζ - 阻尼系數(shù)，假定為0.33333，無量綱，

ωn - 自然頻率，弧度/s。示例中自然頻率為10Hz。

這些仿真給你提出了一些問題，譬如：如何提高響應時間？這些問題將會在后續(xù)的討論中進行回答

PLC的選型方法

　　（五）冗余功能的選擇

　　1．控制單元的冗余

　　（1）重要的過程單元：CPU（包括存儲器）及電源均應1B1冗余。

　　（2）在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯系統(tǒng)等。

　　2．I/O接口單元的冗余

　?。?）控制回路的多點I/O卡應冗余配置。

　?。?）重要檢測點的多點I/O卡可冗余配置。3）根據(jù)需要對重要的I/O信號，可選用2重化或3重化的I/O接口單元。

　?。┙?jīng)濟性的考慮

　　選擇PLC時，應考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。

　　輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應的存儲器容量、機架、母板等也要相應增加，因此，點數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比