压力仿真系统模糊自适应pid控制

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1、第31卷第7期四川兵工学报2010年7月【自动化技术】集压力仿真系统模糊自适应PID控制胡浩，黄文玲(海军工程大学兵器工程系，武汉430033)摘要：针对压力仿真系统实时、高精度的要求，提出了将模糊控制理论和PID控制结合起来构成模糊自适应PID控制器的方法。利用模糊控制规则在线对该控制器PID参数进行了整定，增强了PID控制器的调节控制能力。并在基于MATLAB／Simulink的仿真环境下，对模糊自适应PID控制器进行了验证。结果表明，与传统PID控制器相比，该控制器可有效提高系统的动态响应

2、性能，具有很好的稳定性。关键词：压力仿真系统；模糊自适应PID中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1006—0707(2010)07—0ll2—03水下航行器压力仿真系统的主要功能是在计算机控油器、油箱等。高／低压力传感器包括设置在反馈通道上制下，以一定精度实时产生所要求的压力输出，用以模拟的大、小量程不同的2个压力传感器，采用反馈压力数字平水下航行器在不同深度下的海水压力，从而构成其不同深滑滤波技术实现量程的平稳切换，使系统能在大深度范度的压力环境。该航行器系统与有关模块相配合，可直

3、接围内对水下航行器进行压力模拟，在小深度时也具有较高在实验室条件下对水下航行器深度控制系统的各种性能的精度。和参数进行测试。传统的PID控制由于结构简单，稳态无静差，故被广泛应用．手反馈控制系统中。然而，PID控制器本质上是一种线性控制器，难以在较大深度范围内同时获得很好的稳态精度和动态性能；同时其参数整定比较困难，得依赖于操作人员的工作经验j，且操作者的经验又不易精确描述。而模糊控制则可以很好地将专家知识和操作人员的经验转换成模糊化后的语言规则，并通过模糊推理与模糊决策，实现对非线性对象的控制

4、。为此，本文中基于PID控制和模糊控制各自的优点，利用模糊控制规则实时调整图1水下航行器压力仿具系统PID参数，建立模糊自适应PID控制器来实现对压力仿真1．2被控对象建模系统的输出控制。压力仿真系统采用电液伺服阀作为执行元件，来实现压力的输出控制。现作如下假定：①滑阀无泄漏，喷嘴挡l系统板作小信号线性处理；②工作油液不可压缩；③忽略阀芯的质量、液动力和阻尼力。则电液伺服阀的传递函数可以1．1系统组成表示为。水下航行器压力仿真系统主要由计算机控制部分和液压部分组成。控制部分主要包括综合比较器、模

5、糊自适G(s)：——lL—一(1)sfS+兰s+11应PID控制器和D／A、A／D接口板卡等；液压部分则包括液压油源、电液伺服阀、高／低压力传感器等。其系统组成式中：K，为伺服阀的速度常数；，为力矩马达的固有频如图1所示。率；，为伺服阀等效相对阻尼系数。计算机控制部分接受压力指令和压力传感器反馈的某类国产电液伺服阀主要参数为：供油压力Ps=21实际压力值，通过控制器解算出控制量，控制电液伺服阀MPa，综合刚度Ko：178．63N·cm／rad，伺服阀等效相对的阀芯位移，使其产生期望的压力输出。油

6、源用于给电液阻尼系数，：0．35，力矩马达固有频率OJ=480Hz，反馈伺服阀提供压力稳定的系统油液，主要包括电机、油泵、滤*}收稿日期：2010—04—27作者简介：胡浩(1985一)，男，硕士研究生，主要从事制导与控制技术研究。胡浩，等：压力仿真系统模糊自适应PID控制113杆刚度：44．28N／cm，喷嘴挡板流量增益／q=隶属度1220cm／s。将数据代入式(1)可得G㈤=(2)2模糊自适应PID控制器设计2．1系统结构模糊自适应PID控制器系统结构主要由参数可调的一3．2．10l23ee

7、cPID控制器和模糊控制器2部分构成，其结构如图2所示。图4输出aK,、AKi、△隶属函数曲线采用模糊推理方法对PID参数进行在线整定，以满足不2．4模糊控制器规则设计同的误差e和误差变化率ec对控制器参数的不同要求。根据参数、K、对系统输出特性的影响情况，可归纳出系统在被控过程中对于不同的偏差和偏差变化率，参数、、的自整定原则。1)当偏差较大时，为了加快系统的响应速度，并防止因开始时偏差的瞬间变大可能引起的微分过饱和而使控制作用超出许可范围，应取较大的和较小的。另外，为防止积分饱和，避免系统响

8、应出现较大的超调，值要图2模糊自适应PID控制器结构小，通常取K=0。2)当偏差和变化率为中等大小时，为了使系统响应的模糊控制器以控制压力误差e和误差变化率ec作为超调量减小和保证一定的响应速度，应取小一些。在这输入，修正参数△、△K、△为输出。则PID控制器输出种情况下，的取值对系统影响很大，应取小一些，K的取的参数、、如下：值要适当。Kp=Kf+Kpp3)当偏差较小时，为了使系统具有较好的稳态性能，Ki：K+△应增大、K值；同时，为避免输出响应在设定值附近振Kd：Kd+AKi荡，以及考虑系统