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开环控制or闭环控制

2019年01月09日 15:57:25来源:国际工业自动化作者:国际工业自动化关键词:运动控制
  最复杂的运动控制问题中有一部分是来自于流体动力控制运用,由于所触及的介质(空气或液压油)不会对控制输入做出线性方法的呼应。运用开环控制仍是闭环控制所进行的挑选围绕着反应的概念,以及特定运动体系将反应考虑在内的重要性。
 
  在闭环控制中运用反应会供给平稳和准确的运动,不过这需求一个能够运用反应信息的运动控制器。开环控制可能不需求闭环运动体系的设定和编程,不过它也不具备闭环体系能够供给的灵活性和准确性。其决策是依据运用及其需求而定;开环控制和闭环控制都有各自的优点和不足。
 
  01什么时分挑选开环控制
 
  许多运用都运用开环控制,包含那些并不看重对一台执行机构(一个控制体系的“业务终点”)进行准确方位或速度控制的状况。运用开环控制,不用尽力将实践的速度或一套运动体系施加的压力或力气与计算出来的方针值匹配起来。有了一个要到达的方针,而体系怎样到达并不是非常重要。
 
  一般来说,在速度很重要而准确操作并不重要的状况下会运用开环控制,例如在机加工过程完结之后将东西收缩回来的操作,或许在接触加工部件之前将东西预先定位的操作。执行机构能够依据负载的改动来变换速度,或许是液压体系的状况下依据油压和油温的改动来变换速度。
 
  开环控制并不是彻底“没有反应”的。开环控制会运用独立的限位开关、光电检测器或压力开关来决议运动应该在什么时分停止或什么时分到达一个压力限值。一些特别的运动控制器一般不需求运转启/停的运动控制,例如一台可编程逻辑控制器(PLC)的通用计算机就满意了。假如运用有必要要在指定方位安装的物理限位设备可能会带来问题,由于假如机器是被用来加工不同尺寸的材料,在产品切换的过程中限位设备的物理方位需求移动。
 
  在流体动力体系设置的过程中能够运用开环控制,例如在查看阀门接收和接线的极性时,找到正限位和负限位、查看阀门线性以及查看平稳运动时。
 
  EPLAN易盼控制体系
 
  该图是运用在高阶压力的液压体系,具有从坐落液压缸内的磁致伸缩位移传感器(MDT)供给的方位反应以及从安装在液压缸两头的压力传感器反应的差压信号。关于液压流体流动的控制是通过一个份额阀进行的。运动控制器能够通过编程在压缸和冲模接触到加工部件的时分平顺地从开环运动过渡到闭环运动,然后在压力机压头回缩的时分再过渡回开环运动。
 
  02什么时分挑选闭环控制
 
  关于那些需求轮廓跟从、同步或依据一个轴的运动来带动另一个轴的运动、或需求高精度的高速运转灵活性或速度的运用场合,有必要运用闭环控制。其他需求闭环控制的运用包含在负载或环境条件改动的状况下需求坚持精度的运用。
 
  依据运用的需求不同,能够取得不同复杂程度的闭环控制。一些简略的模拟控制器只是运转份额控制,即控制器调整输出的改动是作为实践的温度、流量、方位、速度或压力值和方针值之间的差值幅度的函数。在份额-积分-微分(PID)控制回路图中的“P”指的就是份额控制。
 
  关于一些运动体系来说,假如具备满意的机械冲突来供给阻尼,然后避免震动发生的机会,仅用份额控制就彻底能够作业。但是,许多液压体系倾向于阻尼不足的状况(动作起来就像绷簧上的一块物体)。在这种状况下,想要通过增大份额增益的值来取得震动体系的控制可能实践上会让震动更严峻。
 
  已然只是依赖P增益的控制体系需求一个差错来使体系在一个特定的速度上移动,假如呈现改动速度的需求,体系对新输入的呼应会滞后。关于愈加紧密的闭环控制,其他的增益方法会扮演一个特定的角色。
 
  要想让一条运动轴快速可靠地移动到方针方位,运用份额增益往往是必要的。即便是实践状况与方针状况之间的微小差错也会使只是运用份额控制体系的执行机构移动到方针设定点。
 
  体系的机械实践,例如一个液压阀的零点特性的改动或许移动部件(静态或动态)之间的冲突,可能会阻止体系碰击方针。控制方程式中的积分器部分会积累一段时间的差错,最终会添加必要的输出量来让执行机构移动。
 
  微分增益的作用是在份额增益添加的时分供给电子阻尼,来协助保证执行机构不会震动。微分增益作业的好坏取决于一些关键因素,例如反应设备输出值的分辨率以及是否严格遵守已知的采样时间。已然微分增益是用于速度差错量的倍数因素,那么运动轴的速度得到准确确认是至关重要的。
 
  03闭环控制中的前馈
 
  闭环控制体系的有效性取决于体系关于实践的体系测量值和方针值之间的差错的呼应。但是,运用根据PID控制的约束条件是至少要有一些差错,否则就不会有任何运动。在许多运用中,这不是问题,不过在差错发生之前对需求的输出有个估量仍是能够增强对运动跟踪的精度和平滑度。这就是前馈增益发挥作用的地方。
 
  与用于反应差错的PID增益不同,前馈增益乘以方针速度和加速度,通过求和得出关于输出的奉献。
 
  前馈真的只是是被用作猜测因素的开环增益。它们在液压体系中特别有用,一部分原因是流体的特性以及液压流体在一个液压缸内的杆侧的作业方法和在活塞的开放侧的作业方法的物理性不同。一般要求采用不同的增益来取得在每个运动方向上想要的活塞的速度及加速度。
 
  在理论上,假如猜测增益计算正确,当体系移动时应该不会有差错。在实在的国际里,体系不会完美地作业。一直要记住体系稳定性,方针是运用猜测方法来使体系能够在期望的运动轮廓的90%到95%范围内作业。那么PID算法的纠错才能只是需求处理5%到10%。
 
  在确保准确的体系运作的一起,运用可编程运动控制器具有额定的优势,即能够使控制参数快速简略地改动来满意不断改动的出产的需求。能够通过以太网从一台监控PLC或计算机下载新的设定值,以启用新的部件类型,而且关于参数多久能够改动一次没有约束。
 
  运用电子运动控制器愈加严密的控制运动轮廓带来了额定的优点,能够让运动愈加平顺、减少机器的冲击和振动、减少维护本钱、以及延长机器的运用寿命。呈现这些优点的一起也改进了出产产品的质量和一致性。
 
  在液压运用中进行压力或力气控制时需求注意的是,假如与运动相对方向上的力或许负载突然消失,执行机构会突然动起来。关于这个问题,运用具有压力或力气约束功用的开环控制能够是比较好的解决方案,能够将不需求的控制呼应的影响降到最低。
 
  04开环控制和闭环控制的结合
 
  在同一台机器上,开环控制经常会与闭环控制相结合,在机器作业周期的不同部分运用其中一种控制方法,来到达供给最佳优势的目的。例如,能够在回缩方向上运用开环运动来快速打开一台冲床,因而加工完的部件就能释放出来。
 
  调整机器的运转能够得到全面的简化,由于只要伸展方向(完结冲压操作的那部分作业周期)上有必要调整到能够准确运转,作业周期的开环部分不需求被调整。
 
  为流体动力运用场合挑选闭环控制仍是开环控制最终仍是取决于特定运用的需求。运用一台通过编程能够在不同模式之间切换的运动控制器,体系集成商能够一起取得两种方法的优势。
 
  但是,应该注意到即便是最好的运动控制器也不能弥补体系规划的全体不良或在体系中的其他地方挑选不佳的部件,例如电机、阀门或闭环控制回路需求的传感器。
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