加工过程pid控制的优化设计

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1、第5期机械设计与制造2010年5月MachineryDesign＆Manufacture7文章编号：1001-3997（2010）05-0007-02加工过程PID控制的优化设计*李作海姚锡凡（华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640）ThePIDcontrolofmachiningprocessbasedonoptimizationdesignLIZuo-hai，YAOXi-fan（SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640，C

2、hina）ssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss【摘要】基于最优化设计方法的加工过程PID控制，以铣床加工过程为例，针对原PID控制器下系ss统产生超调量过大，调整时间过长，控制效果不理想等问题，借助MATLAB软件及其附带的Simulink软ss件，设计了基于ITAE指标的最优化PID控制器。仿真结果表明，控制器输出信号平稳，其变化范围小。加ssss工过程在最优化控制器控制下有较好的快速性、稳定性和准确性。ss关键词：最优化设计；PID控制；加工过程ss【Abstract】ThePIDcontrolofmachiningproc

3、essbasedontheoptimizationdesignmethod.Takingssssthemillingprocessesasanexample，inordertoeliminatetheexcessiveovershootofthemillingprocessssunderoriginalPIDcontroller，toreducethetimeofadjusticeandgetthebetterresultofthecontrol，thessoptimizationdesignofPIDbasedontheITAEprincipleisproposed.Sim

4、ulationresultshowsthatthema－sssschiningprocessunderthecontroloftheoptimizationcontrollerhasbetterrapidity，stabilityandaccuracy.ssKeywordssssss；Optimizationdesign；PIDcontrol；Machiningprocesssssssssss中图分类号：TH12文献标识码：A1引言算法也不断出现，更优化更高效率的求解函数不断出现，为寻求系统的最优控制提供了强大的工具。假设系统跟踪误差为e（）t=r（t）最优化技术是当前科学研

5、究中的一类重要的手段，在控制系-y（t），则可以定义出ITAE指标。控制系统结构图，如图1所示。统研究中的应用还是比较广泛的。早期研究由于没有合适的计算机lf工具，并未得到太多的重视，随着MATLAB这类语言的日益普及，乙t

6、e（t）

7、dt→min0最优化技术在控制界的应用越来越受到关注。所谓最优化就是找出调整控制器使得目标函数值达到最小或最大的自变量值的方法。而控制器的参reuy控制器控制对象数整定问题从运筹学的角度看，就是调整控制器的参数，在满足一-定约束条件下，使得目标函数达到最优（最大或最小）[1]。评价指标不图1控制系统结构图同，目标函数的选择也就不同，因此指标的选

8、择也就成为了确定目图中：e—系统跟踪误差（控制误差）；u—控制器输出信号；r标函数的前提。基于ITAE（IntegralTimeabsoluteerror）指标的最优和y—系统的输入和输出。系统ITAE性能指标定义为：∞控制已被广泛地应用于各种控制系统中，具有优良的跟踪性能，较JITAE=乙t

9、e（t）

10、dt（4）0强的鲁棒性和抗扰动能力等优点。ITAE准则是一个综合了系统的3加工过程模型快速性、稳定性和准确性的综合指标，能够全面地反映系统的控制加工过程模型，如图2所示。由伺服机构、切削过程和检测装效果。基于以上原因，根据ITAE指标建立相应的系统仿真模型。置等环节组成。2控

11、制系统最优化的计算机控制辅助uvffFSF2.1基本原理伺服机构60/（pn）切削过程检测装置目标函数的选择非常重要，既要考虑到它能够正确描述和评图2加工过程模型框图价对系统性能的要求，同时又要考虑数学的可解性以及工程上的伺服环节可用一个二阶系统表示：可实现性。目标函数大致可以分为三种类型：2tfKnωnvf=u（5）积分型J＝乙F（x，t）dt（1）22t0s+2ζωs+ωnn终值型J＝S［x（t），ft］f（2）式中：s—连续系统复域中的复数，即拉氏变换的算子；vf—进给tf综合型J＝S［x（t），