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【UG NX MCD机电一体化概念设计】PID算法在UG NX MCD中的应用案例设计与实现（二）

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需求描述

通过改变导轨倾斜角度，控制小球的位置。

模型

单自由度板球系统

模型部件有球、导轨
在这里插入图片描述

底座

MCD机电模型配置

添加刚体、碰撞体等，球碰撞体形状为胶囊
在这里插入图片描述

导轨碰撞体形状选择多个凸面体

添加距离传感器

添加铰链副和位置控制

运行结果

位置实时反馈，达到预期功能。
在这里插入图片描述

PID原理

PID控制器 ，由比例调节（Proportion）、积分调节（Integral）、微分调节（Differential）组成。作用为使用比例、积分、微分这三种调节算法对输入的误差进行处理后，继而输出。

平行式PID公式上表达为：
u ( t ) = K p e ( t ) + K i ∫ 0 t e ( τ ) d τ + K d d d t e ( t ) u(t)=K_{p}e(t)+ K_{i}\int_{0}^{t} e(\tau ) d\tau + K_{d}\frac{d}{dt} e(t) u(t)=Kpe(t)+Ki∫0te(τ)dτ+Kddtde(t)
u ( t ) u(t) u(t): 控制输出
e ( t ) e(t) e(t): 误差, 即设定值 - 现在值
K p K_{p} Kp: 比例增益
K i K_{i} Ki: 积分增益
K d K_{d} Kd: 微分增益

PID控制器示意图:
在这里插入图片描述

这两篇写得比较明白：

系统款图

板球系统总框图如下
在这里插入图片描述

PID算法编程方案

接下来，是进行编程方案的选择，是自己写还是调用成熟的PID算法。

方案可以分为外部信号方案和MCD内部方案，也可分为调用PID模块和自行

编写两种方式。

可采用PLC PID模块进行调节，与博图联合调试，采用PID功能进行调节

PID功能参见课程：TIA博途.探索之旅11_PID功能http://www.ad.siemens.com.cn/service/elearning/Course/1397.html

博主采用博图PLC来自行编写。

PLC编写PID控制MCD

Main [OB0]块中程序段1：

IF "Tag_1" THEN
    // Statement section IF
    "kp" := 10;
    "ki" := 1;
    "kd" := 1;
    "set_position" := 10;
    "out_position" := 0;
    "out_positon_angle" := 0;
    "error" := 0;
    "error1" := 0;
    "error2" := 0;
    "errorall" := 0;
    "Tag_1" := 0;
END_IF;

Main[OB0]块中程序段2：采用位置式

"error" := "set_position" - "in_position";
"errorall" := "errorall" + "error";
//积分限幅
IF "errorall" > 10000 THEN
    // Statement section IF
    "errorall" := 10000;
END_IF;
IF "errorall" < -10000 THEN
    // Statement section IF
    "errorall" := -10000;
END_IF;

"kdout" :=  "kd" * ("error" - "error1");
"kiout" := "ki" * "errorall";
//位置式
"out_positon_angle" := "kp" * "error" +"kiout"+ "kdout";//度数
"outposition_suan" := "out_positon_angle";

//输出限幅
IF "out_positon_angle" > 20 THEN
    // Statement section IF
    "out_positon_angle" := 20;
END_IF;
IF "out_positon_angle" < -20 THEN
    // Statement section IF
    "out_positon_angle" := -20;
END_IF;

"out_position" := "out_positon_angle" / 180 * 3.14159; //弧度输出



"error2" := "error1";
"error1" := "error";