飞机部件柔性装配多轴协同控制算法研究.pdf

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1、学术论文RESEARCH飞机部件柔性装配多轴协同控制算法研究AlgorithmforMulti-AxisCooperativeControlofAircraftComponentFlexibleAssembly西北工业大学黄果王仲奇康永刚胡玉龙【摘要】根据飞机部件柔性装配多轴协同控制的需求，采用模糊自整定PID算法进行实时控制。依据模糊自整定PID控制策略和PID参数的整定原则，结合MATLAB软件，用MATLAB语言编程与SIMULⅢK相结合的方法实现了一种飞机部件柔性装配模糊自整定PID控制器的设计、分析与仿真。关键

2、词：柔性装配模糊自整定PIDMATLABSIMULINK【ABSTRACTlAccordingtotheaircraftcomponentflexibleassemblymulti·-axiscooperativecontrolrequire-·ments，fuzzyself-tuningPIDalgorithmisusedforreal．timecontr01．Basedonfuzzyself-tuningPIDcontrolstrat．egyandPIDparameterssettingprinciple，combi

3、nedwiththeMATLABsoftware，MATLABlanguageprogrammingandSIMULINKiscombinedtorealizeakindofaircraftpansflexibleassemblyfuzzyself-tuningPIDcontrollerdesign，analysisandsimulation．Keywords：FlexibleassemblyFuzzyself-tuningPⅡ)MATI。ABSIMIⅡ．INK飞机部件结构复杂，协调位置多，其柔性装配工装包括多个运动轴，

4、通过多轴的协同运动实现部件的精确定位，如何实现这些运动轴协调控制是整个控制系统的研究核心。在整个装配过程中，将部件精确定位夹持在工装后，通过测量系统检测基准点的坐标，并与理论坐标比较计算出柔性装配工装各个运动轴的调整量，通过控制系统驱动伺服机构带动部件到达理论位置【11。系统对同步性要求很高，尤其在夹持部件后，同步要求更为突出，如果伺服机构各运动轴不能按照同步速度运动，会严重影响定位精度，损坏柔性工装，甚至导致飞机产品报废。因此，应针对实际情况设计合理的适应性、鲁棒性强的多轴协同控制66航空制造技术·2013年第5期以太

5、网F—I算法。PID控制及其改进型是在工业过程控制中最为常见的控制器。PID控制是工业控制中最为普遍采用的控制方法，是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统脚。飞机部件柔性装配定位控制系统在一个控制周期内需要输出多个控制信号，对系统响应速度要求较快，而且对位置的定位精度与同步性要求较高，因此传统的PID控制算法很难适合。基于以上分析，针对飞机部件柔性装配特点，本文拟以模糊控制理论为基础，开发多轴协同运动的模糊自整定PID控制算

6、法，并通过MATLAB仿真软件验证控制算法的可靠性和有效性，对各轴运动参数进行在线调整，弥补PID调节控制的不足，改善系统的控制能力，减少超调量，缩短调整时间，从而实现飞机部件柔性装配多轴协同运动的实时控制。1控制系统架构飞机部件柔性装配控制系统总体结构如图1所示，适用于不同产品柔性装配的定位控制。其主要包括3图1柔性装配控制系统总体结构图Fig．1OverallstructureofflexibleassemblycontrolsystemRESEARCH学术论文个层面：现场执行层、中间控制层和系统管理与监控层。这种控

7、制系统的组成是基于以太网和现场总线的分布式运动控制系统，这种控制系统拥有诸多优点：接线简单，在一条通信电缆上通常可挂接多种数字化设备，大量减少了电缆、端子的使用，精度高、误差小，提高了系统工作的可靠性的同时降低了安装和维护难度；同时，当前专用的运动控制器品种繁多，为控制系统省去了大量的硬件研制工作，缩短了开发周期。开发人员只需要选择带有标准接口、总线的运动控制器及其相应功能模块正确组态即可。伺服电机驱动的同步位置控制系统中，采用并行结构的同步方式，如图2所示。该系统对每个轴均独立进行模糊自整定PID混合控制，通过对各轴的

8、PID参数进行在线调节来确保被控对象在任何时刻的设定值和实际检测值之差都在给定的误差范围之内，从而保证控制系统定位的同步性⋯。本文设计的控制系统共用同一个模糊规则表，各轴的PID参数根据各自的输入偏差经模糊推理后而不断变化。这样可使各轴在位置不同时各自按自身的情况调整PID参数，使得各轴都能达到最佳的控制效果，从而快