基于模糊PID控制的气动负载模拟器研究

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1、2011年6月机床与液压Jun．2011第39卷第l1期MACHINET0OL&HYDRAULICSV0l

2、39No．11DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．11．019基于模糊PID控制的气动负载模拟器研究周毅，刘春辉，孔超(天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津300222)摘要：构建了由比例阀控缸实施加载的舵机气动伺服加载系统实验装置，研究其特性及控制策略。采用机理建模的方法建立了系统的数学模型；在此模型基础上，设计了模糊PID控制器。编写实时控制程序，测定0．5、1、2、5Hz

3、三角波条件下的特性。实验结果表明，气动负载模拟器在低频段有较好的力跟随特性。关键词：气动伺服；负载模拟器；模糊PID中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1001—3881(2011)11—070—3ResearchonthePneumaticLoadSimulatorBasedonFuzzy．PIDControllerZHOUYi．LIUChunhui．KONGChao(TianjinUniversityofTechnologyandEducation，Tianjin300222，China)Abstract

4、：Apneumaticloadsimulator，loadedwitllacylindercontrolledbyproportionalvalve，wasestablished．Itseharacteris—ticsandcontrolstrategywerestudied．Themodelofthesimulatorwasbuiltandafuzzy—PIDcontrollerwithfeedforwardwasdesignedandsimulatedbyMallab．Usingreal—timecontrolpr

5、ogram，theexperimentsof0．5，1，2and5Hztrianglewavestimulationwerecarriedout．Theexperimentalresultsshowthattheperformanceofthepneumaticload·simulatorisbetteratlowfrequency．Keywor~：Pneumaticserv0system；Load—simulator；Fuzzy—PID力传感器负载模拟器是模拟飞行器在飞行过程中舵面所受气缸舵机空气动力矩的加载装置，其

6、功能是在实验室条件下复驱动器现飞行器舵面在空中所受的各种载荷，从而检测其舵机驱动系统的技术性能指标，将经典的自破坏全实物比例方向闽I伺服电机实验转变为实验室条件下的预测性研究。负载模拟器气源接口板卡的使用能够缩短研制周期，节约研制经费，提高可靠D／AA／D_-。。●_●●_。_一PCL726PCL8l6性和成功率，为新型飞行器的研制提供实验数据，为PCL833卜一新技术的推广提供可靠的实验资料。工控机常规PID控制器原理简单、适应性强，但要手动设置PID参数，对于存在非线性、时变的系统不易保图1气动负载模拟器框图证其控

7、制效果。作者设计的模糊PID控制器把模糊控2气缸加载系统的数学模型制和PID控制结合起来，利用模糊控制对PID控制器采用比例方向阀的阀控缸结构如图2所示。其参数进行在线调整，提高了气动负载模拟器的动态性中，1为进气口，2、4为负载侧，3、5为排气口，能。A。和A分别为气缸左右腔的活塞有效面积，C为阀1气动负载模拟器实验系统组成芯台肩与阀套的配合间隙，z、z、和z分别为负载模拟器实验系统如图1所示。机械部分基本1、1-÷4、2—3和4—5的节流边的遮盖(开口)原理是：伺服电机通过联轴器等带动舵片做一定频率一定角度的摆动；

8、加载部分用气缸对舵片按照一定的量，P．和p：分别为气缸左右腔的压力，和为气规律进行加载。气缸对舵片加载的力通过力传感器来缸左右两腔及相连气路的有效容积，为气缸位移，m为质量负载。测定和反馈。收稿日期：2010—05—11基金项目：天津职业技术师范大学科研发展基金资助项Et(KJ10-04)作者简介：周毅(1982一)，男，助教，研究方向为流体传动与控制。电话：13752605289，E—mail：zhouyi一0822@163．eom。第11期周毅等：基于模糊PID控制的气动负载模拟器研究·71·3控制器设计与仿真为了

9、提高系统的性能，运用模糊自适应PID控制器，来改善由于气缸的不对称性引起的差异。模糊控制和常规PID控制相结合，对PID参数进行自整定，这就是模糊自适应PID控制器，其结构图见图3所示。图中，k。为比例控制系数；k为积分控制系数；k为微分控制系数。图2比例方向阀控缸示意图2．1质量流量方程图3模糊自适应PID控制器取比例方向阀阀口