数控机床进给伺服系统PID参数自整定仿真研究

摘要

数控机床是发展高新技术产业和尖端工业的基础装备，进给伺服系统是数控机床的重要组成部分，其驱动器控制参数匹配的好坏，关系到数控机床的性能。因此，如何快速有效的进行参数匹配，一直是人们研究的热点。
　　 本文以“数控机床进给伺服系统PID(Proportion-Integral-Differential)参数自整定仿真研究”为主题，研究了永磁交流同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)的数学模型、矢量控制和磁场定向的基本原理，建立了数控机床进给伺服系统的数学模型和仿真模型；为了解决PID控制器参数自整定问题，本文深入研究了模糊和神经网络这两种智能控制理论，建立了模糊自整定和反向传播 (Back-Propagation，简称BP)网络自整定 PID控制器，并将其应用于数控机床进给伺服系统的控制仿真，仿真结果表明这两种控制器都能使系统具有很好的性能、很强的鲁棒性和抗干扰性能；由于模糊和神经网络控制器建立的理论不够完善，并且运算复杂、实现困难，本文继而研究了坐标轮换趋优理论，并结合性能指标函数误差绝对值与时间的乘积的积分 (Integral of the Product of Error Absolute Value and Time，简称ITAE)，设计了坐标轮换法自整定PID控制器，并将其成功地应用于数控机床进给伺服系统的控制仿真，实现了进给伺服系统PID控制器参数的自动整定。
　　 仿真结果表明，应用坐标轮换法优化PID控制器的参数，其初始PID参数值可以任意设定，优化后的PID参数均能使系统具有良好的性能。此方法具有很强的理论和应用价值。