自适应模煳PID控制在系统调速中的应.doc

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1、液压英才网用心专注、服务专业在陶瓷压机布料系统中,料车速度控制十分重要,由于压机工作时具有非线性、滞后、大惯性等特点,料车速度受压机工作的影响较大,很难达到高精度的要求,料车速度控制精度决定了布料的均匀度,从而决定了陶瓷砖的质量,所以陶瓷砖质量的优劣受布料系统料车速度的影响。在国内,目前采用PID控制料车速度,随着技术的发展,更多先进技术运用到生产中。在实际控制过程中,常规PID控制的优点在于原理简单、使用方便、适用性好,具有很强的鲁棒性,因而得到了广泛的应用。但是PID控制需要建立被控对象精确的数学模型,而实际上大多数工业过程都不同程度地存在非线性、

2、参数时变性和模型不确定性,常规的PID控制无法实现这样的过程精确控制,不能实时调整PID参数,且响应速度不够快。而模糊控制对数学模型的依赖性弱,不需要建立过程的精确模型,它可以把人的经验转化为控制策略,对时变的、非线性的、滞后的、高阶大惯性的被控对象,能获得良好的动态特性,即反映速度快、稳定性好,但它无法消除静态误差,需要引入积分作用。　　基于以上原因,本文将模糊控制系统与传统PID控制相结合,设计了一种自适应模糊PID控制器。该自适应模糊PID控制器的设计分为两部分,简单方便,它在偏差

3、E

4、较大时范围内采用模糊推理控制,以偏差e(k)和偏差变化率ec

5、(k)作为输入,经过模糊推理,得到不同时刻PID的3个参数,在偏差

6、E

7、较小时范围采用PID精确输出。本文运用MATLAB的模糊逻辑工具箱对其进行了仿真研究。　　　2陶瓷压机布料系统液压调速　　　现代压机布料系统液压控制已从传统的电磁阀与节流阀控制,由接近开关控制动作转换发展到采用电液比例方向阀,由线性位移传感器监测运动,可实现在行程过程中任意点的速度无级调节与转换,转换位置准确。为了实现布料的均匀性,料车的速度转换也由采用传统的液压元件发展为采用比例电磁方向阀,由角度编码器或转速传感器检测料车的运动,可实现料车在任意位置的多种速度变换。　　　本论文主

8、要是在液压控制的基础上,采用液压电液比例控制技术与系统输出负反馈控制方案,在控制精度上运用先进的自适应模糊PID调整控制。可实现位置和速度的高精度控制,自动调节重复性好。　　　　3自适应模糊PID控制器的设计　　　　3.1自适应模糊PID控制器的基本原理　　自适应模糊PID控制器的设计可分为两个部分,以模糊控制为粗调、PID为细调,即分为自适应模糊控制器部分和PID控制部分。两部分一起组成自适应模糊PID控制器,实现在模糊控制的基础上由PID控制系统向零点移动,实现无差控制,其控制系统结构如图2所示。复合控制策略是在大偏差范围内采用Fuzzy控制,在小

9、偏差内转换成PID控制,二者的转换由微机程序根据事先给定的偏差范围自动实现。图2自适应模PID控制系统结构图　　该控制器是以转速传感器检测的转速差e(实际测量值与给定值之差)和转速变化差ec(本次采用时刻转速差与上次采用时刻转速差之差)作为自适应模糊控制的输入,经模糊化和模糊推理在线自调节得到参数Kp、Ki、Kd,即为PID控制器的输入。　　从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等各方面来考虑,Kp、Ki、Kd的作用如下所述:　　(1)比例系数Kp的作用是加快系统的响应速度,提高系统的调节精度。Kp越大,系统的响应速度越快,系统的调节精度越高,但易

10、产生超调,甚至会导致系统不稳定。Kp取值过小,则会降低调节精度,使响应速度缓慢,从而延长调节时间,使系统动、静态特性变坏。　　(2)积分作用系数Ki的作用是消除系统的稳态误差,Ki越大,系统的静态误差消除越快,但Ki过大,在响应过程的初期会产生积分饱和现象,从而引起响应过程的较大超调。若Ki过小,将使系统静态误差难以消除,影响系统的调节精度。　　(3)微分作用系数Kd的作用是改善系统的动态特性,其作用主要是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化,对偏差变化进行提前预报。但Kd过大,会使响应过程提前制动,从而延长调节时间,而且会降低系统的抗干扰能力。　　3

11、.2自适应模糊PID控制器的系统设计液压英才网用心专注、服务专业液压英才网用心专注、服务专业　　3.2.1输入输出变量及其隶属函数的确定　　图2中r为系统的设定值,为精确量;e为系统的偏差,为精确量;e(t)=r(t)-c(t);e、ec分别为经模糊量化处理后的系统偏差和偏差变化率,为模糊量;Kp、Ki、Kd为模糊量化的偏差和偏差变化率经模糊控制规则后近似推理得到的模糊量控制输出,这是一个双输入三输出的二维模糊控制器。　　根据布料操作经验:　　E和EC的论域为{-3,-2,-1,0,1,2,3},模糊集为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB};K

12、p的论域为{-0.3,-0.2,-0.1,0,0.1,0.2,0.3},Ki的论域为{-0.0