分段PID控制算法在多轴控制系统中的应用与优化

"东北大学硕士学位论文，作者孙一兰，专业机械电子工程，指导教师柳洪义，2005年。研究主题为多轴控制系统，探讨了数控技术和机器人技术在工业现代化中的重要性，以及多轴控制系统的高性能、高精度、高速度、高柔性和协调性的需求。论文涉及多学科领域，包括运动控制、轨迹规划、坐标变换、伺服算法和多机通讯。" 这篇论文主要探讨了两个关键知识点： 1. 分段PID控制算法： 在传统的PID控制中，为了改善控制效果并消除稳态误差，会引入积分项（I）。然而，积分项可能导致大幅度的超调，即积分饱和问题。为解决这一问题，论文引入了积分分离的PID控制，它在误差达到特定值时才加入I控制量，从而减少超调。进一步，论文提出了分段PID控制算法，这种方法依据误差和误差变化率的大小动态调整PID参数，以实现更优的控制性能。通过这种方式，能够根据控制过程中的不同条件选择合适的参数，优化控制曲线，降低超调并减少振荡。 2. 多轴控制系统设计： 论文基于上位机（工业控制机）和下位机（C8051 FO2X）构建了一个最小化的控制系统，该系统分为管理规划级、协调级和执行级三层结构。管理规划级负责监控、管理、轨迹规划和坐标变换；协调级则作为连接管理规划级和执行级的桥梁，处理数据传输、多轴运动协调和信号处理；执行级是直接执行伺服运动的层面，监测实际运动位置和特殊信号。研究中还涵盖了S曲线速度规划、三次样条曲线插补、多种PID伺服算法的改进以及多机通讯方法。论文采用开放式模块化编程思想，使用VC++和Keil C软件编写了相关程序和仿真模型，设计出的人机界面易于操作，整个控制系统具有高性价比和可扩展性。 通过上述内容，这篇论文为多轴控制系统的优化提供了理论基础和技术方案，对于提升控制系统的性能和灵活性有着重要的实践意义。关键词包括：控制系统、轨迹规划和插补、伺服控制、PID控制、通讯和C8051微控制器。