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伺服液壓運(yùn)動(dòng)控制：選擇PLC還是運(yùn)動(dòng)控制器？

你也許無法在教科書里找到比例增益公式推導(dǎo)的來源。然而，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師實(shí)際上知道如何控制的比例增益，因?yàn)樗麄儽仨毚_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(zhì)量等計(jì)算而來。因?yàn)楦櫿`差取決于開環(huán)增益和比例增益，液壓設(shè)計(jì)者必須控制跟蹤誤差。

3.該仿真顯示了添加一個(gè)簡單的目標(biāo)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(shí)際位置移動(dòng)更平滑。速度達(dá)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(gè)仿真有很大不同。

對(duì)于比例控制的其它思考

假如控制系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)定好，并開始一段短行程的運(yùn)動(dòng)，并工作起來似乎很正常。試圖運(yùn)動(dòng)更長一點(diǎn)的距離，兩次運(yùn)動(dòng)消耗幾乎相同的時(shí)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(huì)大幅減小。對(duì)于實(shí)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(shí)間常數(shù)。

時(shí)間常數(shù)就是控制對(duì)象減小63%的錯(cuò)誤所用的時(shí)間。因此，如果誤差迅速上升10mm，而時(shí)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(shí)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(shí)間常數(shù)決定了控制系統(tǒng)將要花多少時(shí)間來響應(yīng)系統(tǒng)的干擾。

現(xiàn)在問題就是，對(duì)于一個(gè)僅僅采用比例增益的液壓缸，如何計(jì)算其時(shí)間常數(shù)？公司并不難：

τ 是時(shí)間常數(shù)。

τ = 3/(2 ? ζ? ωn )

如果阻尼是0.33333，自然頻率是10Hz，則時(shí)間常數(shù)是：

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

因?yàn)槠湎?倍的時(shí)間常數(shù)以達(dá)到減小誤差至1%，運(yùn)動(dòng)過程則將需要0.358s。

需要再次注意的是，的時(shí)間常數(shù)由機(jī)械（液壓）設(shè)計(jì)者來決定。5倍時(shí)間常數(shù)的時(shí)間過長，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(fèi)能源。提高自然頻率需要增加液壓缸缸徑，而且也會(huì)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(duì)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(jī)械設(shè)計(jì)方面的原因。不幸的是，PLC編程人員通常是最后一個(gè)接觸到液壓系統(tǒng)的人，他被寄希望于“機(jī)械和液壓問題，讓電氣和軟件來解決"，然而，這種事實(shí)，不會(huì)總是發(fā)生。系統(tǒng)的特性行為在設(shè)計(jì)和制造階段已經(jīng)定性了。

設(shè)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(huì)很高，但是其性能也提升了。設(shè)備也變得易于維護(hù)，需要的維護(hù)頻率也不高了。

下面是僅僅采用比例控制的簡單運(yùn)動(dòng)的三種仿真。它們基于標(biāo)準(zhǔn)的線性化運(yùn)動(dòng)仿真模塊，用于伺服液壓缸和負(fù)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(gè)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(yīng)時(shí)間？這些問題將會(huì)在后續(xù)的討論中進(jìn)行回答

PLC的選型方法

　?。ㄎ澹┤哂喙δ艿倪x擇

　　1．控制單元的冗余

　　（1）重要的過程單元：CPU（包括存儲(chǔ)器）及電源均應(yīng)1B1冗余。

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

　　2．I/O接口單元的冗余

　?。?）控制回路的多點(diǎn)I/O卡應(yīng)冗余配置。

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

　?。┙?jīng)濟(jì)性的考慮

　　選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比。考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。

　　輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)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(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比