基于偏差耦合法的同步控制策略研究与实践.pdf

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1、582012年11月中国制造业信息化第4l卷第2l期基于偏差耦合法的同步控制策略研究与实践季明逸，游有鹏(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要：为解决多轴控制系统中各运动轴的同步性问题，研究了偏差耦合同步方案的原理。利用模糊PID控制算法，对该方案中的速度补偿器进行了设计和仿真，并采用DSP加以实现。仿真和试验结果表明，与常规PID控制器相比，采用模糊PID作为速度补偿器的偏差耦合方案可获得更好的同步控制性能。关键词：同步控制；偏差耦合控制；模糊PID控制器中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1672—1616(2012)21—0058—04同步控制在纺织、

2、印染、压力加工等领域内有1(b)所示。在运行时，补偿器将其所控制的运动着广泛的应用。目前，保证多轴同步运动方法主要轴转速同其他轴的转速分别作差，然后把得到的偏分为2大类：机械方式和电气方式⋯。机械式同步差值经过补偿算法处理后相加，作为该轴的转速补结构简单，易于实现，但也存在调整困难、扩展性差偿信号由于偏差耦合方案把所有运动轴之间等缺陷。近年来，随着伺服技术的发展，电气式同的偏差值作为补偿输入量，保证了每个轴都可以得步控制正在逐步替代机械式同步。其中所使用的到足够的同步误差信息，使得各轴均能够根据自身控制策略是关键环节，直接影响同步性能，因此具及其他轴的运动情况进行同步调节J，因此具有

3、有重要的研究意义。较好的同步性能。为提高电气式同步的精度，Koren_2提出了交叉耦合(Cross—Coupling)方案，有效解决了双轴同步问2速度补偿器的设计题；Turl等对其进行了扩展，在运动轴的控制回路速度补偿器作为偏差耦合同步系统中最重要中增加了一个主参考模块。但文献[2]、[3]中的方法的部分，其采用的补偿算法对同步效果有着显著的不适用于3轴以上的系统。为解决该项问题，Perez—影响。由于PID算法对于大多数过程都具有较好Pinal等提出了偏差耦合(Relative—Coupling)同步的控制效果，因此可将其应用到速度补偿器中。但方案。其基本思想是将某运动轴的速度同其

4、他轴的常规的PID控制只采用单一整定的参数，不能保证速度分别作差，再根据各轴的转动惯量比值确定速度系统在受到各种扰动时仍然保持良好的同步性。补偿量。该方法可以应用于3轴或以上的同步控制为解决这一问题，本文使用模糊PID控制器，通过中，并且能够获得良好的控制效果。模糊控制对PID的参数进行在线整定，以获得更好的同步控制性能。1偏差耦合同步方案2．1模糊PID控制器偏差耦合同步方案是在交叉耦合方案基础上模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模建立起来的，其主要改进是根据每个运动轴的工作糊逻辑推理为基础的计算方法。模糊PID控制器状态，动态地分配各轴的速度补偿信号。如图1的主要思想是，先找

5、到PID的3个参数。，，(a)所示，该方案的结构主要由信号混合模块、各与误差E和误差变化E的模糊关系，再根据模糊轴对应的信号分离模块和速度补偿器组成，其中，控制原理对这些参数进行在线整定，以此满足不同为参考角速度信号，(n=1，2，3⋯)分别为E和E对控制器参数的要求，使被控对象具有良各运动轴的输出角速度。速度补偿器的结构如图好的动静态性能。收稿日期：2012一o4一l8基金项目：国家自然科学基金资助项目(50975144)作者简介：季明逸(1987一)，男，江苏太仓人，南京航空航天大学硕I：研究生，主要研究方向为机电控制及自动化。·智能控制技术·季明逸游有鹏基于偏差耦合法的同步控制

6、策略研究与实践59结合这些规则，可得到Kp和Ka的语言变量。再通过解模糊化和输出量化，可得到精确的输出控制量。I0．6．4．20246论域(a1输入的隶属度函数ZEPSⅥP论域(a)总体结构(b)输出的隶属度函数图2模糊控制器的隶属度函数表1Kp的模糊控制规则EENBNMNSZEPSPMPB(b)速度补偿器NBPBPBPBPMPMPSPS图1偏差祸合同步方案NMPBPBPMPMPSPSZE2．2模糊pID速度补偿器的设计NSPBPMPMPMPSZEZE在PID控制中，积分环节具有减小稳态误差的ZEPMPSPSPSPSPSPM作用，但会增加系统调节时间，且易产生积分饱和PSZEZEPS

7、PMPMPMPB现象。经综合考虑，在本文的设计中将其取消，只PMZEPSPSPMPMPBPB使用PD控制。模糊控制的核心在于规则表的建PBPSPSPMPMPBPBPB立，步骤如下：表2Kd的模糊控制规则首先确定同步误差E的范围为[一0．5mm，EcE0．5mm]，其变化率E的范围为[一30mm／s，NBNMNSZEPSPMPB30mm／s]，对应的量化因子分别取l2和0．2，将ENBPMPSPSZEZEZEZE和E的变化范围对应到模糊论域{一6，一5，一4