模糊自适应PID控制在针刺机稳定运行中的应用研究.pdf

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1、,~205期天津纺织科技模糊自适应PID控制在针刺机稳定运行中的应用研究邓辉张晗杨森(天津工业大学纺织学部天津300387)擒要：在针刺法非织造布的生产过程中，当针刺机受到负载力矩的变化、电源电压的波动或元件参数的变化等问题时，都会造成针刺频率的差异，从而改变了针刺密度，本文针对影响产品质量的这一问题展开研究。由于针刺用异步电机这种被控对象的复杂性，采用模糊自适应PID控制策略进行分析研究，并利用MATLABISIMULINK仿真软件对其进行仿真。结果显示，将模糊自适应PID控制应用在针刺机控制系统中有

2、着良好的动态性能，比常规PID具有更好的控制效果。关■词：模糊自适应PID控制针刺机仿真1引言针刺法是一种利用针刺机进行机械加固的方法，最早应用于制毡生产中。其原理是用三角形截面(或其它形状)且棱边带倒钩的刺针对纤网进行反复穿刺。倒钩穿过纤网时，将纤网表面和局部里层纤维强迫刺入纤网内部。刺针退出纤网时，刺入的纤维束脱离倒钩而留在纤网中，这样，许多纤维束纠缠住纤网使其不能再恢复原来的蓬松状态，形成具有一定强力和厚度的针刺法非织图1针刺机工作结构简图造材料【1】。针刺机工作结构简图如下图1所示。很难达到预期

3、的控制效果。为了使控制器具有较好针刺法非织造布的加工工艺简单、产品类型多、运的自适应性，实现参数的自动调整，可以采用模糊控制用领域广。而且生产线设备具有组合灵活、建设周期短理论的方法。模糊控制器不要求确定被控对象的精确数等特点，使得针刺法非织造布得到了快速发展，针刺产学模型，而是根据控制规则组织控制决策表，由控制决品的需求量也日益增大，与此同时对产品加工精度的要策表决定控制量的大小。两者结合的模糊自适应PID控求也越来越高。由于产品质量的严格要求，需要针刺频制是根据控制规则决定控制量的大小，其控制算法是

4、根率、植针密度、针刺深度、步进量等诸多工艺参数的配据现场实际运行情况以及操作人员的经验，通过建立模合才可以得到强度和尺寸稳定性更好的产品。但是，作糊控制规则表，按照模糊合成推理规则求出相应的控制为针刺法非织造布的加工设备，针刺机的运行参数一旦量，再经过反复调试和修正，加上PID控制较好的稳态变化，例如负载力矩的变化、电源电压的波动或系统中性能，使被控对象具有良好的静态特性和动态特性[2】。各元件参数的变化都会直接导致电机转速不稳定，使针刺频率产生变化，从而针刺密度不均匀，影响产品的物理性能。正因为针刺频

5、率对产品质量和生产效率有着直2模糊自适应PID控制器的设计接影响，所以针刺电机的稳态运行控制就显得尤为必要。2．1确定控制器的结构目前。PID控制是稳态运行控制中最常用的方法。模糊自适应PID控制器是在PID算法的基础上，采用但是，作为控制对象，由于针刺电机的时变性、非线性二维模糊控制器，将针刺机所用异步电机的转速偏差e和不确定性，控制器的参数难以自动调整以适应外界环和偏差变化率eo作为输入变量，将这两个变量模糊化处境的变化。故传统PID控制的参数整定变得十分困难，理后变成模糊的偏差量E和偏差变化率EC

6、；再经过模糊·08·模糊自适应PID控制在针刺机稳定运行中的应用研究．~．g2o5期推理及反模糊化，输出△KP、△KI、△KD作为PID的3(2)当IEI为中间值时：KI取适当值，KP应取个调整参数，用于在线不断修正PID的参数以满足不同较小值，这时KD的取值对系统的影响很大；工况下对参数的不同要求，以使系统获得良好的动态和(3)当lEI较小时：Kl与KP应取较大值。这时静态控制十幸能[3】茸结构图如图所示KD的取值要依据lECI的取值而定，当IECI较小时，KD取中间值，当IECI较大时，KD取较小值

7、。从而得到模糊PID控制规则。2。4控制器的编辑在Matlab7．0中调用FIS编辑器进行模糊控制器的编图2控制器结构辑，并建立一个FIS文件以便控制系统调用。建立以2．2确定各语富值及其隶属度函数Fuzzy．fis命名的FIS文件，FIS类型选择Mamdani型，推理对系统的以上分析可知，模糊控制器选用两输入三规则选择min法，合成规则选择max法，解模糊规则选择输出的控制器，可使用七个语言模糊集来描述输入变量centroid法，将输入扩展为两个，输出扩展为三个，在(e，ec)和输出变量(△kp，△k

8、i，△kd)。它们是NB(代MembershipFunctionEditor窗13分别建立输入变量e、表负大)、NM(代表负中)、NS(代表负小)、zo(代表ec和输出变量kp、ki和kd的隶属函数和量化区间，在零)、PS(代表IIJ~)、PM(代表正中)、PB(代表正大)，论Ruleeditor窗口按模糊控制规则表建立输入、输出对应域都为[一6，6】。均采用三角形交叠对称分布的隶属度函的7X7=49条模糊控制规则。数。使用Mamdani模