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《基于不完全微分的模糊自适应pid算法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第40卷第12期西南大学学报(自然科学版)2018年12月(NaturalVol.40No.12JournalofSouthwestUniversityScienceEdition)Dec.2018DOI:10.13718/j.cnki.xdzk.2018.12.026基于不完全微分的模糊自适应PID算法速度优化控制系统设计①1,刘小雍2,贺娟3,熊中刚3,许宁3,李青2邹江1.桂林航天工业学院机械工程学院,广西桂林541004;2.遵义师范学院工学院,贵州遵义563002;3.遵义师范学院物理与电子科学学院,贵州遵义563002摘要:为提高平地机行走作业速度
2、的控制性能,协调解决外界干扰信号对系统造成的影响以及行走作业速度精度滞后和不稳定性问题、将一阶惯性环节加入模糊自适应PID控制器的微分环节中,采用单片机作为行走作业速度的控制中心,提出了基于不完全微分的模糊自适应PID算法速度优化控制系统.最后通过Matlab的Simulink仿真软件,分别将不带PID控制、PID控制和不完全微分模糊自适应PID控制3种方式用于对人为给定速度干扰信号的控制仿真测试,验证了不完全微分模糊自适应PID算法的有效性和可靠性.关键词:平地机;速度优化控制;不完全微分;PID算法;模糊自适应中图分类号:TP273+.2文献标志码:A文章
3、编号:16739868(2018)12017306目前机械化平地对我国农业的大面积生产种植至关重要,而平地机是此过程中最重要的机械化工具,农业生产上改良的平地机拥有易换置的多种作业装置,是一种典型的土地平整和整形作业中以铲刀为主的施工机械[1-3].平地机的作业效率和质量取决于作业过程中的速度,然而速度受到很多因素限制,速度过快会使喂入的较大土块无法达到平整要求,甚至发生机械故障,太慢作业效率太低,造成没必要的能源浪费[4-5],可见,对行走速度进行控制是非常必要的.但控制作业速度具有一定的滞后性,特别对于地形起伏较大的丘陵地带,对平地机的自适应速度稳定性提出
4、了更高要求[6-8].传统PID控制在时变系统和多变量系统中适应性和协调性无法满足系统要求,鲁棒性也不够强[9]为.此,本文研究了基于不完全微分的模糊自适应PID算法速度优化控制系统,对平地机行走作业速度稳定性进行了人为给定干扰信号的测试控制,通过仿真对比分析了系统速度稳定控制的效果,结果显示不完全微分模糊自适应PID算法响应时间短,响应速度较快,具有更高更好的自适应能力和鲁棒性能,且可快速达到稳定状态,能够满足设计的要求[10].①收稿日期:20180705基金项目:国家自然科学基金项目(11464052,51765014,51275060);贵州省教育厅青
5、年基金项目(黔教合KY字[2016]254,[2017]254号);贵州省科技厅项目(黔科合LH字[2016]7003号,[2016]7001号,[2015]7008号,[2015]7012号).作者简介:熊中刚(1986),男,副教授,硕士,主要从事机械自动化控制、自动检测方面的研究.2西南大学学报(自然科学版)http://xbbjb.swu.edu.cn第40卷1系统总体组成及其工作原理本文主要是系统针对平地机作业效率和质量问题,自行根据检测参数实现速度优化调控.控制系统组成框图如图1所示,主要包括电源模块、发动机转速部分、档位比例电磁阀模块、调速执行机
6、构、行走系统、行进速度检测模块、信号调理模块、耕地平整度信号检测模块和中央控制器.图1系统组成框图为完成速度优化控制动作,系统利用PID调节器对平地机速度进行调节.首先根据喂入土块大小,实时检测发动机转速,经由模糊算法比较后输出相应控制参数,然后利用不完全微分自适应PID算法通过闭环反馈调节方式实现速度优化配置.2控制器设计系统设计中不完全微分PID控制器是在常规PID控制器中串联一阶惯性环节于微分环节的输出端,如图2所示,该惯性环节对PID控制中的微分信号滤波,可消除高频干扰.2.1传统PID控制系统的建立传统PID作为经典控制器一般是以线性控制器为主,根据
7、输入设定值和实际输出信号差值来构成图2不完全微分PID算法结构图偏差e,其偏差计算公式为e(t)-y(t),通t=rintout过实时监测误差和误差变化率采用K、其基本的结构原理如图3所示.PKI、KD调节输出量,图3传统PID控制器原理框图[11]传统PID控制器的控制规律为1TTdedtu(t)=KPet+∫etdt+(1)T0d1t经由化简得其传递函数为U(s)1G(s)==KP1++Tds(2)E(s)Tis然而在系统的微型处理器中,需要对上述设计数字化处理.设系统采样时若干kT时刻点的标志时间为t,并在设计中应用矩形法数字积分代替模拟积分,同时以一阶
8、后向差分近似代替微分可得如下式子.等:
