基于模糊PID控制器的多电机同步控制装置的应用0精密铸件

基于模糊PID控制器的多电机同步控制装置的应用

基于模糊PID控制器的多电机同步控制装置的应用 2011年12月09日 来源： 　　该文把模糊控制算法和PID控制算法有机的结合起来，形成了模糊PID控制算法。该算法具有很强的自适应性，它能够根据外界条件的变化自动修正PID的控制参数。1　设计思想　　 计算机控制系统中的数字PID算式为：其中：u（k）为第k次控制时控制器的输出； e（k）为第k次控制时的偏差信号； ec（k）为第k次控制时的偏差变化； Kp（k）为第k次控制时控制器的比例系数； Ki（k）为第k次控制时控制器的积分系数；　　 Kd（k）为第k次控制时控制器的微分系数； u（k－1）为第k－1次控制时控制器的积分累和量，即　　虽然PID控制原理简单、易于实现、适用面广，但对于PID的比例、积分、微分系数的整定是一件非常令人头痛的事。合理的PID参数通常由经验丰富的技术人员在线整定。在控制对象的时变性和非线性很大的情况下，一组整定好的PID参数远远不能满足系统的要求。为此，引入了一套模糊PID控制算法。2　模糊PID控制器　　　　所谓模糊PID控制器，即利用模糊逻辑算法并根据一定的模糊规则对PID控制的比例、积分、微分系数进行实时优化，以达到较为理想的控制效果。图2—1为模糊PID控制器的系统框图。 　　如图2—1所示，模糊PID控制共包括参数模糊化、模糊规则推理、参数解模糊、PID控制器等几个重要组成部分。计算机根据所设定的输入sp和反馈信号，计算实际位置和理论位置的偏差e（k）以及当前的偏差变化ec（k），根据模糊规则进行模糊推理，接着对模糊参数进行解模糊，输出PID控制器的比例、积分、微分系数。此外，为了弥补一般模糊控制分档造成的阶梯变化，系统中解模糊输出的并非控制器的实际参数，而是控制器参数的修正量。控制器的实际参数为CdKd0。其中Cp、Ci、Cd分别为比例修正系数、积分修正系数和微分修正系数。Kp0、Ki0、Kd0称为控制参数初值，它们由用户设定，因此，用户可以对控制参数进行宏观调节，这在一定程度上可以弥补模糊推理在进行简化时忽略参数之间耦合关系所造成的误差。增强了系统的鲁棒性。　　根据PID控制的基本特性，在不同的e（k）和ec（k）时，对Kp、Ki、Kd的要求也不同：　　（1）当｜e（k）｜很大时，要尽快消除偏差，提高响应速度，Kp应该取大一些。为了避免出现超调现象，Ki、Kd最好为零。　　（2）当偏差较小时，为继续消除偏差并防止超调过大，产生振荡，Kp应减小，Ki可取较小值。Kd的值视｜ec（k）｜而定。　　（3）当e（k）与ec（k）同号时，被控量朝着偏离给定值的方向变化；而e（k）与ec（k）异号时被控量朝着接近给定值的方向变化。因此，当被控量接近给定值时，反号的比例作用阻碍积分作用，因而避免了积分超调及随之带来的振荡，但被控量远未接近给定值并向给定值变化时，则由于这两项反向，将会减慢控制过程。在e（k）较大，ec（k）为负值时，Kp取负值，这样可以加快控制的动态过程。　　（4）当ec（k）很大时，Kp应该取小值，Ki取值应大些，反之亦然。　　（5）微分环节主要用来控制偏差变化ec（k），减小超调，克服振荡，在多电机同步控制系统中，不希望速度发生快速变化，而且系统超调一般不会太大，所以在具体设计中并没有对微分系数进行模糊控制，即Kd＝Kd0、Cd＝1。　　根据以上分析，把e（k）、ec（k）和Cp的论域分为15个等级，分别记作－7，－6，－5，－4，－3，…，＋6，＋7；把语言变量e（k）、ec（k）和Cp的取值分为“负大（NL）”、“负中（NM）”、“负小（NS）”、“正大（PL）”、“正中（PM）、“正小（PS）和“零（Z）”等7个语言值。隶属函数根据上述规则和经验由主观确定，推理规则采用“IFAANDBTHENC”的形式，模糊关系表示为：为模糊关系矩阵；k为规则号；Rpk为第k条规则对应的模糊关系矩阵；Mek为第k条规则中偏差取值的模糊向量；Meck为第k条规则中偏差变化取值的模糊向量；为矩阵的行拉值。由此可以计算出在一组模糊输入下的模糊输出，再利

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