Struktura regulacji PI-PI dla serwomechanizmu przemysłowego

pol Artykuł w języku polskim DOI: 10.14313/PAR_261/85

wyślij Andrzej Bożek Politechnika Rzeszowska, Katedra Informatyki i Automatyki, ul. W. Pola 2, 35-021 Rzeszów

Pobierz Artykuł

Streszczenie

W pracy wskazano najważniejsze zalety stosowania struktury regulacyjnej PI-PI dla serwomechanizmu, które gwarantują dokładność śledzenia trajektorii zadanej i kompensacji zakłóceń. Przeanalizowano stabilność takiego serwomechanizmu. Zaproponowano kilka wariantów rozszerzenia struktury P-PI, typowej dla sterowników serwomechanizmów przemysłowych, prowadzących do uzyskania pełnej struktury PI-PI. Przeprowadzono testową implementację wszystkich wariantów w oparciu o wybrany system serwomechanizmu i zbadano przebiegi regulacyjne z uwzględnieniem reakcji na skokowe i liniowe zmiany wielkości zadanej oraz zakłócenia. Wyniki eksperymentalne potwierdziły przewidywane zalety struktury regulacyjnej PI-PI, a jednocześnie wskazały pewne trudności i pułapki, których warto unikać w takiej implementacji.

Słowa kluczowe

kompensacja zakłóceń, regulacja kaskadowa położenie-prędkość, serwomechanizm, struktura regulacji PI-PI

PI-PI Control Structure for Industrial Servo

Abstract

The paper highlights key advantages of the PI-PI control structure for a servo, including accuracy of reference tracking and disturbance rejection. The stability of such a servo is analyzed. Several variants of extending the P-PI structure, typical of industrial servo controllers, to the full PI-PI structure, are proposed. A test implementation of all variants was conducted using a selected servo system, and the control responses were examined, taking into account step and linear changes in the reference variable and disturbances. Experimental results confirmed the anticipated advantages of the PI-PI control structure while also identifying certain difficulties and pitfalls that should be avoided in such implementation.

Keywords

disturbance rejection, PI-PI control structure, position-speed cascade control, servomechanism

Bibliografia

  1. Ellis G., ed., Control System Design Guide, Oxford: Butterworth-Heinemann, fourth ed., 2012.
  2. Aström K.J., Hägglund T., Advanced PID Control, 2026, DOI: DOI:10.1002/9781394442102.
  3. Rao V.G., Bernstein D.S., Naive control of the double integrator, “IEEE Control Systems Magazine”, Vol. 21, No. 5, 2001, 86–97, DOI: 10.1109/37.954521.
  4. Sarsembayev B., Suleimenov K., Do T.D., High order disturbance observer based PI-PI control system with tracking anti-windup technique for improvement of transient performance of PMSM, “IEEE Access”, Vol. 9, 2021, 66323 66334, DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3074661.
  5. Żabiński T., Trybus L., Tuning P-PI and PI-PI controllers for electrical servos, “Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences”, Vol. 58, No. 1, 2010, 51–58.
  6. Šekara T.B., Rapaić M.R., A revision of root locus method with applications, “Journal of Process Control”, Vol. 34, 2015, 26–34, DOI: 10.1016/j.jprocont.2015.07.007.
  7. Bożek A., Trybus L., Tuning PID and PI-PI servo controllers by multiple pole placement, “Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences”, Vol. 70, No. 1, 2022, DOI: 10.24425/bpasts.2021.139957.
  8. Younkin G.W., Industrial Servo Control Systems, New York: Marcel Dekker, second ed., 2002.
  9. Żabiński T., Strojenie regulatorów PID dla serwomechanizmów, „Pomiary Automatyka Robotyka”, Vol. 12, No. 4, 2008, 56–63.
  10. Kim S., Moment of inertia and friction torque coefficient identification in a servo drive system, “IEEE Transactions on Industrial Electronics”, Vol. 66, No. 1, 2019, 60–70, DOI: 10.1109/TIE.2018.2826456.
  11. Sygulla F., Wittmann R., Seiwald P., Berninger T., Hildebrandt A.-C., Wahrmann D., Rixen D., An EtherCAT-based real-time control system architecture for humanoid robots, [In:] IEEE 14th International Conference on Automation Science and Engineering (CASE), 2018, 483–490, DOI: 10.1109/COASE.2018.8560532.
  12. Bożek A., Szybki dyskretny regulator PID dla serwomechanizmu prądowego, „Pomiary Automatyka Robotyka”, R. 29, Nr 1, 2025, 47–54, DOI: 10.14313/PAR_255/47.
  13. Sciavicco L., Siciliano B., Modelling and Control of Robot Manipulators, London: Springer, 2000, DOI: 10.1007/978-1-4471-0449-0.
  14. Wu J., Han Y., Xiong Z., Ding H., Servo performance improvement through iterative tuning feedforward controller with disturbance compensator, “International Journal of Machine Tools and Manufacture”, Vol. 117, 2017, 1–10, DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2017.02.002.