PID算法在微型数控铣床主轴转速控制中应用.pdf

设计与研究Des啪andReseach『 PID算法在微型数控铣床主轴转速控制中的应用木 蒋 滔 方 辉 黄纪刚 董秀丽 (四川大学制造科学与工程学院，四川 成都610000) 摘 要：PID控制在工业领域应用广泛，将 PID用于微型数控铣床主轴 电动机转速控制时。由于机床加工过 程中负载变化复杂，主轴转速变化范围较大，而普通PID控制参数不能改变，这使得 PID控制的性 能有一定的局限性。因此，对普通PID控制进行了相应的改进，使得其在微型数控铣床主轴转速控 制中的性能有所提高，并通过实验验证了相关技术的实用性。 关键词：微型数控铣床 ；主轴转速 ；PID控制；优化 中图分类号：TG659 文献标识码 ：A ApplicationofPIDcontrollerinspindlespeedcontrolofmicroNC millingmachine JIANGTao，FANG Hui，HUANG Jigang，DONGXiuli (CollegeofManufacturingScienceandEngineering，SichuanUniversity，Chendu610000，CHN) Abstract：PID controlleriswidelyusedinindustrialfields．WhenthePID algorithm isappliedinthespeedcontrol ofthespindlemotorofthemicroNCmillingmachine．Duetothecomplexityoftheloadchangesinthe processofmachinetools．Thechangesrangeofspindlespeedisrelativelylarge．Buttheparametersof theordinaryPID controlcannotbechanged，whichmakestheperformanceofthePID controllerhassome limitations．Sointhispaper，theordinary PID algorithm isimproved，whichcanmaketheperformanceof thespindlespeedcontrolofthemicroNCmillingmachinetobebetter．Andthesimulationresultsprove thevalidityimprovedofthePID algorithm． Keywords：microNCmillingmachine；spindlespeed；PID control；optimization 在铣削加工过程中，负载的变化将在一定程度上 机宽广、平滑的优 良调速性能。同时，无刷直流电动机 导致主轴转速失稳，尤其是在加工具有高硬度的材料 具有转矩高、过载能力强、运行效率高和调速性能好等 时，切削力变化更加明显，这将导致主轴转速有明显的 优点，所以，本文所设计的微型数控铣床主轴电动机选 波动；同时，在铣床起停或者转速变化范围比较大时， 用三相无刷直流电动机。 普通PID控制很容易产生积分饱和现象；此外，铣床加 忽略无刷直流电动机换 向时间以及涡流、磁损耗 工环境中存在的各种干扰信号也将直接影响铣床主轴 等因素影响；假设逆变电路元件具有理想开关特性，以 控制系统的性能。因此，利用普通 PID方法进行数控 无刷直流电动机的电枢 电压作为输入量，转速作为输 加工设备主轴转速控制时，可能使控制系统的性能难 出量，电动机电压的平衡方程如式 (1)所示，电动机转 以达到预期效果。本文介绍了一种对普通PID控制的 矩平衡方程如式(2)、(3)所示。 改进方法，使PID控制能较好地应用在桌面铣床主轴