서보 시스템의 Overshoot 이해

자동 귀환 제어 장치 체계가 그 표적 위치 또는 각측정속도를 초과할 때 지나치게 썹니다. 정밀도 운동 통제에서는, 작은 지나치게 움푹 들어간 오류, 진동, 또는 기계적인 착용을 두기 위하여 지도할 수 있습니다. 뿌리 원인은 순간부터 과량한 저장 에너지에서, 완전한 풍류, 또는 공격적인 비례적인 이익 - 그것 의견 반복은 빨리 충분히 흩어지 않을 수 없습니다. 소형화 overshoot는 CNC 기계로 가공, 로봇식 집합 및 의학 반복 장치와 같은 신청에서 특히 중요합니다.

PID 제어 및 Overshoot의 역할

Proportional-Integral-Derivative (PID) 컨트롤러는 서보 시스템에서 가장 일반적인 피드백 메커니즘을 유지한다. 비례적인 용어 (P)는 현재 오류에 직접 반응한다. 높은 이득 속도 응답하지만 위험이 지나치게. 완전한 용어 (]I])는 안정 상태 오류를 제거하지만, LTLT를 강제 할 수 있습니다. ()는 이러한 스티어링을 통해 발생률을 크게 감소시킵니다.]

Zero Overshoot에 대한 기본 전략

1. 정밀 PID 조정

Proper tuning는 방어의 첫 번째 라인입니다. Ziegler-Nichols tuning 방법은 고전적인 시작점이지만, 종종 눈에 띄는 오버슛과 적극적인 응답을 생산합니다. 엔지니어는 긴 죽은 시간 동안 프로세스를 위해 Cohen-Coon 방법을 사용하여 매개 변수를 정제 할 수 있으며, 현대 소프트웨어 기반 최적화 (예 : 입자 회전 최적화 또는 유전 알고리즘)을 적용하여 직접 오버풀을 최소화합니다. 이 수동 조정은 다음과 같습니다.

  • 비례 이득을 감소 (Kp]]]) 초기 오류 응답을 낮출 수 있습니다.
  • 유도체 이득 (Kd]]]]]]])을 증가하여 시스템 접근으로 제동 작업을 제공합니다.
  • 완전한 이득을 유지하십시오 (]Ki]]]) 여전히 안정 상태 오류를 제거하면서 풍수를 방지하기 위해 온건한.

모든 이득을 0에 설정하는 체계적인 절차는, 그 후에 증가 K]p] ]] 약간 지나치게 나타나기까지, 그 후에 K]d] ]를 습식하기 위하여, 영 과잉과의 긴 습한 응답을 산출할 수 있습니다.

2. Feedforward 통제

Feedforward 제어 시스템은 시스템 동적의 모델을 사용하여 필요한 액추에이터 노력을 기대합니다. Feedforward 경로 (예를 들어, 위치 루프, 토크 가속 피드 포워드)에 대한 속도 피드를 추가함으로써, 컨트롤러는 필요한 제어 신호를 미리 공급할 수 있으며, 피드백 PID는 반복 오류 만 집중할 수 있습니다. 이 시스템은 오류 구동 보정에 완전히 의존하지 않기 때문에 오버플로를 감소시킵니다. 일반적인 구현은 다음과 같습니다.

  • Velocity feedforward: 원한 각측정속도에 대한 용어 비율을 추가합니다.
  • Acceleration feedforward: 원한 가속에 대한 용어 비율을 추가합니다.
  • Torque feedforward: 부하의 역동적 모델에서 파생.

Feedforward는 모델이 정확할 때 가장 잘 작동합니다. 마찰, 관성 변이와 같은 실제 요인 및 비 선명도는 적합해야하며, 종종 적응 또는 학습 방법과 함께 Feedforward를 결합하여.

3. 반대로 발진 및 죄기

Integral windup은 완전한 용어가 오류를 축적했을 때 발생합니다. 액추에이터는 포화되어 오류가 한 번 큰 오버워치를 유발합니다. 표준 안티- 와인딩 기술에는 다음과 같습니다.

  • Back-calculation: 출력을 훔치는 경우, 실제 출력과 불포화 출력의 차이를 사용하여 완전한 용어를 재 계산한다.
  • Conditional integration: integrator는 saturation 이벤트 동안 꺼져서 오류가 죽은 밴드 안에 있을 때만 재 활성화됩니다.
  • 분진단: 정수 출력을 미리 정의된 최대로 제한한다.

또한, 전반적인 제어 신호 (출력 포화)를 죄는 것은 운전사 보다는 더 많은 토크를 요구하는 체계가 급속한 일시적인 도중, 과잉을 감소시킬 수 있습니다 전달할 수 있습니다.

Zero Overshoot에 대한 고급 전략

1. 적응성 PID 통제

시간 varying 동적 (예를들면, 부하 관성, 마찰, 또는 온도를 변경) 시스템을 사용하여 고정 PID 이득은 일부 조건 하에서 오버 핑을 생산할 수 있습니다. 적응 제어는 시스템 식별 또는 성능 지표를 기반으로 실시간 PID 매개 변수를 수정합니다. 두 가지 일반적인 접근법은 다음과 같습니다.

  • Gain scheduling: 다른 운영 체제에 대한 precomputed PID 이득 (예를들면, 낮은 대. 고속).
  • 모델 참조 적응 제어 (MRAC): 컨트롤러는 원하는 오버포킹 특성을 가진 참조 모델과 같은 동작을 시도한다. 이 시스템은 출력과 모델 출력 사이의 오류에 의해 구동되는 적응법에 의해 증가된다.

올바르게 구현할 때, 적합한 PID는 다양한 조건에서 0개의 오버워치를 유지할 수 있습니다.

2. 모형 예측 통제 (MPC)

MPC는 다양한 종류의 다양한 기능을 갖춘 다양한 기능을 갖춘 고성능의 서보 시스템입니다. MPC는 다양한 종류의 서보 시스템에서 다양한 종류의 서보 시스템에서 다양한 종류의 서보 시스템을 제공합니다. MPC는 다양한 종류의 서보 시스템에서 다양한 종류의 서보 시스템에서 다양한 종류의 서보 시스템을 제공합니다. MPC는 다양한 종류의 서보 시스템에서 다양한 종류의 서보 시스템에서 다양한 종류의 서보 시스템에서 다양한 종류의 서보 시스템을 제공합니다. MPC는 다양한 종류의 서보 시스템에서 다양한 종류의 서보 시스템에서 다양한 종류의 서보 시스템을 제공합니다. MPC는 다양한 종류의 서보 시스템에서 다양한 종류의 서보 시스템에서 다양한 종류의 서보 시스템을 제공합니다.

  • 전선 (예: 10~20 샘플).
  • 제어평면 (예:2–5 샘플).
  • Constraints 위치, 속도, 토크에.

MPC는 PID 보다는 computationally heavier 그러나 현대 마이크로 제어기 (예를들면, FPGAs, DSPs)로 feasible. 그것은 높 정밀도 운동 단계 및 로봇에서 널리 이용됩니다.

3. Cascade 통제

Cascade 제어는 여러 개의 배열 된 피드백 루프를 사용합니다. 전형적인 서보 케이케이드에서 내부 루프 (current/torque)는 위치 루프 안쪽에 있는 각 루프 안쪽에 있습니다. 각 루프를 별도로 조정하면 내부 루프가 더 빠르며 외부 위치 루프에서 오버랩을 감소시킵니다. 예를 들어, 잘 조정 된 각 루프는 매우 습기가 습한 상태로 만들 수 있으므로 위치 컨트롤러는 낮은 명령 시스템을 볼 수 있습니다. Cascade 제어는 산업 드라이브에서 표준이며 피드와 함께 사용될 때 효과적인 효과적인 공급입니다.

4. 방재 관찰자 (DOB)

DOB는 외부 힘과 시스템 매개변수 변이 (예를들면 마찰, 조깅 토크)를 추정하고 제어 루프에 보상 신호를 주입합니다. 출력에 영향을하기 전에 방해를 취소함으로써 DOB는 PID 피드백에 부담을 줄이고, 지나치게 움푹 빠지기 쉬운 오버포킹을 최소화합니다. DOB는 일반적으로 추정된 교섭으로부터 전달하는 역할을 합니다. 그것은 비폭력에 대한 저하 통행 필터를 사용하여 구현할 수 있습니다.

시스템 모델링 및 식별

모든 고급 전략-특히 feedforward, MPC, 그리고 적응 제어-리버드 시스템의 정확한 모델에 의존. 모델 식별은 시스템의 주파수 응답 또는 단계 응답을 측정하고 관성, 습기 및 마찰과 같은 매개 변수를 피팅. 화이트 노이즈 또는 칠프 신호는 시스템 식별에 일반적으로 사용됩니다. 모델의 품질은 직접 충격을 극복합니다. 가난한 모델은 잘못된 feedforward 또는 예측, 수리 엔지니어를 다시 시작한다. 전체 모델은 전체 모델의 작동 범위를 충족해야합니다.

Practical 구현 고려

이상적인 조정 및 전략과는 달리, 실제 요인은 과잉을 재발견할 수 있습니다:

  • Sensor noise: 파생 동작은 잡음을 증폭하고, 채우기 및 과잉을 유발합니다. 필터를 사용하십시오 (예:, 파생 용어 또는 각측정속도 피드백에 낮은 패스).
  • 액추에이터 포화: 토크 또는 속도 제한. 안티-바람과 Feedforward는 제한을 위해 계정이어야 합니다.
  • 샘플링 지터 및 지연: MPC 및 적응 루프에 영향을 미칩니다. 고정 샘플 요금 및 적절한 스케줄링을 사용하십시오.
  • Non-linear 마찰: 스틱 슬립과 코롬 마찰은 낮은 velocities에서 오버워킹을 유발합니다. 마찰을 추가하거나 디더 신호를 디더합니다.
  • Communication latency: 네트워킹 또는 EtherCAT 기반 시스템에서, 대기 시간은 루프를 탈수 할 수 있습니다. 시간 샘플 데이터 및 예측 필터를 사용하십시오.

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PID 제어 서보 시스템에 대한 0 오버플로우를 수행하면 단일 기술이 아니라 적절한 튜닝, Feedforward 보상, 안티- 와인딩 및 어댑터 제어 또는 MPC와 같은 고급 방법의 조합이 아닙니다. 선택은 시스템 복잡성, 계산적 자원 및 필요한 정밀도에 따라 다릅니다. 엔지니어는 강력한 PID 튜닝 및 안티- 와인딩으로 시작해야하며, 최종적으로 가장 까다로운 응용 프로그램에 적합한 제어를 고려합니다. 시스템 구축으로 인해 성능이 뛰어나고 성능이 뛰어나고, 신뢰성이 뛰어나고, 신뢰성이 뛰어나고, 신뢰성이 뛰어나고, 신뢰성이 뛰어나고, 신뢰성이 뛰어나고, 신뢰성이 뛰어나고, 신뢰성이 뛰어나고, 신뢰성이 뛰어납니다.

더 읽기 : [[FLT :0]]Control Engineering PID Tuning Guide, ]Esfer Systems, ]MathWorks MPC Overview]].