TI模糊PID控制器在伺服系统中的应用

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1、TI：模糊PID控制器在伺服系统中的应用深圳君硅科技浏览数：156发布口期：2016-09-2815:55传统PTD（比例、积分和微分）控制原理简单，使用方便，适应性强，可以广泛应用于各种工业过程控制领域。但是PID控制器也存在参数调节需要一定过程，最优参数选取比较麻烦的缺点，对一些系统参数会变化的过程，PID控制就无法有效地对系统进行在线控制。不能满足在系统参数发生变化时P1D参数随Z发生相应改变的要求，严重的影响了控制效果。本文介绍了基于车载伺服系统的模糊PID控制，它不需要被控对象的数学模型，能够在线实时修正

2、参数，使控制器适应被控对象参数的任何变化。并对其进行仿真验证，结果表明模糊PID控制使系统的性能得到了明显的改善。1传统PID与模糊PID的比较1.1P1D控制PTD控制器问lit至今凭借其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等优点成为工业控制的主要技术Z_。当被控对彖的结构和参数不能完全掌握、得不到精确的数学模型时，采用PTD控制技术最为方便。PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心。它是根据被控过程的特性来确足PID控制器的参数人小。PID控制原理简单、易于实现、适用面广，但PID控制器的参数整定是一件菲常

3、令人头痛的爭。合理的PID参数通常由经验丰富的技术人员在线整定。在控制对彖冇很大的时变性和非线性的悄况下，一组整定好的PID参数远远不能满足系统的耍求。为此，引入了一套模糊PID控制算法。1.2模糊P1D控制所谓模糊PID控制器，即利用模糊逻辑算法并根据一定的模糊规则对PID控制的比例、积分、微分系数进行实时优化，以达到较为理想的控制效果。模糊P【D控制共包括•参数模糊化、模糊规则推理、参数解模糊、PID控制器等几个垂要组成部分。计算机根据所设定的输入和反馈信号，计算实际位置和理论位置的偏差e以及当前的偏差变化ec

4、,并根据模糊规则进行•模糊推理，最后对模糊参数进行解模糊，输出P1D控制器的比例、积分、微分系数。2车载犬线伺服系统2.1年载天线伺服系统的组成车载天线系统山两部分组成：户外设备和户内设备。户外设备主要是天线伺服跟踪系统（包括平台、平台伺服跟踪系统、惯性传感器、GPS、卫星犬线等）；户内设备主要是控制器（包括各传感器接口、数据采集、控制器、卫星接收机等）和主控计算机，两者Z间采用电缆连接，具有稳定跟踪和接收卫星信号的两大功能。本系统采用德州仪器推出的TMS320LF2407A，与传统的单片机相比有巨大的优势。只需外

5、加较少的硬件即可实现电机控制系统。木系统采用増量式光电码盘反馈转子的速度和磁极位冒及初始位曽。车载天线伺服系统模糊P1D控制框图如图1所示。图1车载天线伺服系统模糊PID控制框图2.2仁载人线何服系统数学模型的确定若电机的负载为常数H只输出电机转动的角速度，则得到辽流伺服电机的传递函数如式(1).―7L+7其中，3a是转了旋转的角速度，KV和Kt是由永磁体的磁通密度、转了绕组的数冃以及饮芯的物理性质决定的速度常数和力矩常数，J是转子和电机负载的转动惯量。B是整个机械旋转系统的阻尼常数。由电机特性与系统特性，得到电机

6、各参数Ra;La;KV;Kt;J;的值：把这些参数值代入式(1),得到电机的传递函数如式(2)所示：z、326.5,、G(s)=-r(2)s'+618・4s+6L28转台下部直流伺服电机驱动了系统结构框图如图2所示，其屮1/10为蜗轮蜗杆的减速比。图2氏流伺服电机转动系统结构框图3模糊PID控制器的设计PID参数的模糊口整定是找出PID三个参数Kp、Ki、Kd与。和cc之间的模糊关系，在运行中通过不断的监测e和ec,根据模糊控制原理对三个参数进行在线的整定。PID参数的设定是靠经验及丁艺的熟悉,参考测量值与设定值

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11、线，从而调整Kp、Ki和Kd的人小。模糊控制规则是用于修世PID参数的，模糊控制规则根拯过程的阶跃响应情况来考虑求取。规则如下所示：(1)预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放人系数和临界振荡周期；(3)根据下面的具体规则修改PID控制器参数，直至满意为止。条件结果系统输出过大減小R系统的上升时间过大冷大K,(优先调节)*増大K,稳态时系统输出波动增大出系统输出对干扰信号敏感减小Kd根拯上面所述的模糊控制规则，采用如下的PID参数

12、的调节规则，如表1.表2.表3所示。表1Kp规则调节表eceNBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNMNMNMNBPBZOZONMNMNMNBNB表2KI规则调节表eceNBNMNSZOPSPM