伺服液压运动控制：选择PLC还是运动控制器？（1）

 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应用很显然需要运动控制器，然而一些人也可以通过使用PLC来实现闭环控制。当然，选择何种控制方式常常难以定论。

 

当你可以使用PLC控制的时候，为什么还需要花钱去购买一个专用的电液运动控制器呢？答案很简单。一般来说，考虑的因素包括使用数量，实现难度，可用时间，生产效率，精度要求以及经济性等。做出何种决定往往是很模糊的。根据以往的经验，我知道哪种类型的应用可以用PLC，哪种不适用。

 

对于大多数的控制系统设计者来说，成本是首当其冲的想法。最简单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。通常都是从最简单的比例控制开始，甚至PID控制块都不需要。这就是目前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很多，但也仅限于此。

 

模拟量的反馈必须转化缩放为位置单位。然而，我很奇怪的是，在一些PLC论坛里，很多的人在咨询如何把一个模拟量转化为毫米或英寸。如果编程的工程师在问，很显然他啥也编不了。对输入值比例缩放之后，很简单的做法就是，从指令位置减去实际位置，差值乘以比例增益，该值作为模拟量的输出至阀。就是这么简单！

 

伺服液压运动控制：选择PLC还是运动控制器？

 

1. 该仿真显示了当指令位置突然改变100mm时将会发生什么。控制输出在100%饱和，执行器突然加速。实际位置则慢慢的接近100mm的目标值。

 

模拟量控制的PLC设置

 

PLC控制的一个挑战发生在液压缸的指令和实际位置相差很大的情况，因为此时输出至阀的信号可能很大。结果就是液压缸全速运动至指令位置。在指令位置的时候会发生什么就取决于增益和负载大小了。有时候液压缸会平滑减速至指令位置，但是如果负载很大，也会产生超调，并带有衰减振荡。

 

关于此问题可以有多种解决方案。一个简单的办法就是限制输出值为低于100%的某个值。更好的解决办法就是准备一个目标发生器，从而可以朝着指令位置的的方向增加目标值。接着，不是比较指令位置与实际位置，而是比较实际位置与下一个目标位置。目标位置在当前位置开始启动，按照期望的速率增加并达到指令位置。对于长行程运动来说，则可以避免初始运动时的振动和冲击。这种解决方案相对来说也比较容易实施。

 

举个例子，如果两个液压缸跟随同样的目标位置，其位置同步是相对容易的。如果两个缸所受的负载完全一致，目标值的跟踪误差也应该一致，因此它们的实际位置也会非常接近。那么，对于只有比例控制的系统来说，跟踪误差是什么呢？

 

跟踪误差公式：

 

Ef = v/(K ? Kp)

 

此处:

 

Ef - 跟踪误差，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说设想的方案一样，只是指令位置只改变10mm。注意的是它们用了同样的时间。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才能达到目标值的1%。

 

单位很重要，并需要保持一致。百分比代表控制输出的百分数。控制输出的百分数可以是 ±10 V, ±20 mA的百分数，或者其它的，只要单位一致就可以。当使用PLC的时候，跟踪误差通常情况并没有那么重要，液压缸只需要能够大体的接近指令位置即可。上面的等式适用于对跟踪误差有限定的应用。用户可以决定动作速度，以满足应用要求。

 

计算开环增益需要用到VCCM公式，其计算了在100%控制输出时最大的稳态速度。该公式在相关论坛已经讨论过很多次。(延伸阅读：VCCM-如果流量计算不再是Q=A*V？)

 

比例增益的计算稍微复杂一些。你可以尝试使用试错法，确定一个可以看起来可以工作的数值。如果增益太低，液压缸响应会很迟缓。如果增益太高，执行器会有振荡的可能。然而，最优的增益是可以计算的：

 

Kp = 2 ? ζ? ωn ? (9 ? 8 ? ζ2)/(27 ? K)

 

此处：

 

Kp - 比例增益，输入偏差信号变化的相对值mm与输出信号变化的相对值之比的百分数表示,

 

ζ - 阻尼系数（未知时假定为0.3333）,

 

ω - 自然频率，弧度/s

 

K - 开环增益