摘要：本文根据自身实践和理论研究，对数控机床中的闭环控制系统进行了具体的论述，重点阐述了伺服闭环控制系统的主要特点，以及PID控制方法在速度闭环控制方面的应用，并以FANUC机床位具体案例，详细的分析了PID参数的调试方法，对闭环控制在数控机床中的推广应用提供了有力的技术支撑。
关键词：闭环控制；数控机床；PID；应用
1引言
在现代化的设备生产中，数控机床的应用变得越来越广泛，而且对数控机床加工精度和速度的要求也越来越高。为了更高精度、更高自动化水平的控制数控机床的加工，需要在加工过程中加入反馈调节，从而对机床加工过程中的误差因素进行实时调节，使误差不会随时间的延续进行累积，即在数控机床上实施闭环控制。目前，在数控机床上应用闭环控制系统的设备很多，并且这些机床在加工复杂精密零件时取得了很好的效果。本文根据自身实践经验和理论研究，对闭环控制在数控机床中的应用理论及具体案例进行了详细的论述，为闭环控制在数控机床中的应用和推广提供了有力的技术支撑。
2闭环控制在数控机床中的应用
2.1数控机床中的闭环控制特点
在数控系统中，伺服控制系统必须具备较好的稳定性、动态特性、稳态特性、鲁棒性等。在所有的伺服系统中，稳定性是其最根本的要求，系统的稳定性有两种重要的作用，一是能自动排除外界对系统的干扰，能在有外部干扰的环境下，精确调节定位，二是自动恢复稳定状态，不管系统处于什么样的初始状态，都能够快速准确的进行定位；在闭环伺服控制系统中，动态特性是其最重要的衡量指标，它主要表现在系统的响应速度和振幅，在通常状态下，系统的最大振幅就表达这系统的控制精度，振幅越小，精度越高，而系统的响应速度是影响振幅的重要因素，系统的响应速度越快，系统的过渡时间就越小，系统的误差就越小，控制精度也就越高；稳态特性闭环控制系统的正常工作状态特性，主要是是指控制系统经过过渡阶段后，进入稳定状态的情况下，其最终输出的稳态指与预期的稳定指相符合的程度，通常情况下，伺服闭环控制系统会因为自身结构、内部摩擦力、外界干扰等非线性的因素导致系统的实际的稳态值与期望值存在一定的误差，这种误差就是稳态误差，稳态误差是衡量闭环控制精度的重要指标，而通过加入稳态误差补偿，可以有效的调整伺服控制系统的控制精度和跟踪速度；鲁棒性的主要作用是帮助闭环控制系统控制误差，其主要特点是在系统的约束条件发生变化时，保持系统自身的功能特性不变，即对于具有较好鲁棒性特征的闭环控制系统，即使参数发生了变化，控制自身仍有保持稳定性不变，系统的响应速度和振幅也不会随参数变化而变化，如鲁棒性好的数控机床长期使用造成的机械零件磨损不会导致机床自身误差的增大。
2.2闭环控制系统中的PID控制技术
PID控制技术是闭环控制中最早发展起来的一门技术，它以算法简单、可靠性高、调整方便、鲁棒性好等优点在工业控制领域广泛应用，尤其在一些被控对象的结构和参数有一定的不确定性，没法得到精确的数学模型的情况下，可以采用PID控制技术依据现场调试和经验确定系统控制器的结构和参数。在实际工程应用中，也有仅采用PI控制和PD控制的控制系统。PID控制技术是一种线性调节技术，它将系统的偏差分为比例、积分、微分三类运算对被控量进行具体的调节。它对速度的调节主要是根据速度指令（rt）与传感器反馈的回来的实际y（t）进行比较构成控制的偏差e（t），并将此偏差按比例（P）、积分（I）、微分（D）的方式进行线性组合，最终形成控制量u（t）对驱动器进行控制，从而达到对电机速度的精确控制的目的，具体列公式如下：
2.3闭环控制系统在数控机床中的应用
在数控机床的闭环控制系统中，PID控制技术的应用非常广泛。本文以FANCOi机床为例，其控制器的调试就主要分为比例增益、积分增益、微分增益三个部分，具体调试过程如下：首选将驱动器设置成速度控制模式控制，对便于对伺服驱动器参数进行优化调节。伺服驱动器的调节参数就是比例常数Kp、微分参数Kd和积分参数Ki，根据实践经验和现场控制需要，手动对PID的三项控制常数进行具体的调节。首先，确定速度比例增益常数Kp的值。当闭环控制系统安装完毕后，第一步是对比例增益常数Kp就进行调节，因为在三个增益参数中，比例增益对振幅起到最主要的作用，确定比例参数的值后，再对积分增益Ki和微分增益Kd进行调节，调节比例参数的方式是在对先将积分增益Ki和微分增益Kd设置为零，再从零逐渐增加比例参数Kp的值，观察伺服电机停止时的振荡情况以及电机转速的忽快忽慢现象，如果随着Kp值的增加，系统产生振荡现象，就降低Kp值，消除振荡，稳定转速，从而初步确定Kp的值。在确定Kp的值后，保持Kp不变，从零逐渐增加系统的积分增益常数Ki的值，观察积分增益的效应现象，当积分增益参数超过临界值后就会导致控制系统的振动不稳定，这时将Ki值进行回调，消除振荡，稳定转速，此时的Ki值就是初步确定的控制系统参数。最后，对控制系统的微分增益进行具体的调节。微分增益的调节可以有效的降低控制系统的振幅，它的主要工作原理是对系统进行预先控制，就是在系统的振荡发生之前对其进行校正，在实际调节时，从零开始逐步增加Kd的值，从而改善旋转速度的稳定性。
3结论
本文根据自身实践和理论研究，对伺服闭环控制系统的特点进行了论述，并对PID控制技术的原理以及实际生产中的参数调节方法进行了具体的阐述，不仅为闭环控制技术在数控机床中应用提供了有力的技术支撑，也为闭环控制系统在数控机床中的推广应用提供了有效的理论依据。
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作者：李丽 单位：天津工程职业技术学院
