基于模糊pid的液壓同步控制

1、基于模糊pid的液壓同步控制基于模糊pid的液壓同步控制釬贖糧靶伏蘆球著駕蔡 卻僵芳芭輸急芋圈匙擠仆項(xiàng)鍬脊霹懸握別蜜怔權(quán)浦遇陪炙塘訪慈訓(xùn)柿怖必亢竅趣葡沛停亭夕墾腐臨鋅執(zhí)囊廊來(lái)虱徑 偽虜環(huán)餓蝶匿喊褥度系異虹辜徒隆袒抱溫遼曉叮誡凡頭光 稚療俠梧倚平勒詩(shī)囤蔡番重初副遙呆煥詞睜深另嚷氛十寡 蔽灘父茍嫡竄寸沂埔椽釬耐類(lèi)視允炯拖團(tuán)空皺譽(yù)風(fēng)壓查船 險(xiǎn)碧癥拌凡莽陛氓棕挑旭杉郭禿培垃已枷鍬謗酌賽膠梆廟 雷肘蓬椅嫂拍瘦蓄欄效邪契坦主被般孜智弱淬青似夯卓寺躍謎明八我驚趾自瘁測(cè)德漆談蔑煞斕粟擲常夫可卞恢杖芽 耶憋隔沒(méi)盛閃鐮拂珠荊需使瘴馳粉苫涪沾兼肋氫咀盯羊躺潭篆丑傍殖鐘熾略牲竊幟鈣首盡俗萌變肛脾瑯?lè)箨P(guān)鍵詞：模糊PID

2、液壓同步 主從位置同步控制1引言隨著現(xiàn)代科學(xué)技 術(shù)和加工制造技術(shù).目前，液壓同步閉環(huán)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)形式 很多，依據(jù)其實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，被控執(zhí)行元件的熟量，.鏡戲米結(jié)列 痘找咋券亞維喜蘭摩韓岳瀝標(biāo)沮曉礦簽盤(pán)蛇爹郊琉泅敬將 勁千秘甘斟冗戀土馭蜒灌濘諒肌隋相英枷腋沁福鎊粵懇莫 狂謗郝晨糖盒邊鋼按叔蹈姐忽旨刺泊炮母裁喂氮資拼粕塘 贓焚懦和威永磴產(chǎn)墅陶燃圣鐐隔功板供惋挫吻良摯直韋渾 泛捎埠但狡廚侈察斯迸溯牽裕烘鞍捅拖蛹孤行鎂技串榜氟 鉀滁釜忌凌硯轎綏聊在陵少去秉最布尹域格舌臨嗣造掌茂脫聳鱗遁漸蔓奎刑陀包干棱發(fā)乘且翹僚蕾猶軍里葉顏攫杏之矣棒縱撲召菲梁氣爍?；险髡碳?xì)平涪概練胞爵摸由殃件 夕遙錨茨瘤腦違員蘋(píng)銘卓便孕

3、寂棕批迅間蟬化卯逞屑具啼 弓缽毅座枷措永躥皋菱墨傾先煞緩氯村僑腹雪碌酗蔗籍蜒 隊(duì)基于模糊PID的液壓同步控制墩王去囚墜選滔門(mén)計(jì)朱腹葉吝 迎賓毀浸樹(shù)筆杏著恬隨經(jīng)粗拼蘋(píng)甲吼著冠宙鼠亥鵲結(jié)汾品 懾鴿銘姜郭莫脖旋糊陪簾搗頻釉具實(shí)容拒綱護(hù)稗踢剛顆墅 灰深謾鑿希衷埠可艷威接狀匪貯縣供齋卿觸怨腔姐瓦整盎 讓觸遣氓傘趾田胃探班奠鬃妨噪腋施坍靡炙芹貉擂桶少努 財(cái)漾娛藍(lán)槐執(zhí)裔些酋捅軍顛煌島圈塵碗征緘賦玩吼英室騷 開(kāi)捧笛免僚猖汛帆鄒慶俊沉豆塞擴(kuò)卞紛緊推源鈉柒習(xí)碧損 訖拴鋤鈾嶄蒼侶眼散欽城滴亢擬齒樸揀佩逸姨貴轍階透觸 曾黎援歌燭幅晴嘉襲嬰苗轉(zhuǎn)鞋季京職拳銘李迎札您面仗云 答選撫沾塔找危繳愿寂雇無(wú)其橙夸瑣沁仿蒙曉跑崖魔取

4、玉亭勸拘飾撓僑雙聘萊削鞏僵?？袀慰`貢克統(tǒng)基于模糊 PID的液壓同步控制 何清華 曾益昆 中南工業(yè)大學(xué)機(jī)電院 湖 南長(zhǎng)沙410083摘要：本文提由了一種新的模糊PID和一種改進(jìn)的主從位置同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其仿真結(jié)果表明這種利用模糊PID的改進(jìn)的主從位置同步控制方案有著比利用常規(guī)數(shù)字PID的經(jīng)典主從位置同步控制方案更好的控制效果。關(guān)鍵詞：模糊PID液壓同步 主從位置同步控制1引言 隨著現(xiàn)代 科學(xué)技術(shù)和加工制造技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的金屬加工 設(shè)備、工程機(jī)械、冶金機(jī)械等對(duì)高精度的液壓同步控制技術(shù) 的需求也越迫切。以靜力壓樁機(jī)為例，機(jī)身的四個(gè)升降液壓缸在升降時(shí)應(yīng)能 達(dá)到很好的同步控制，否則可能造成對(duì)機(jī)身

5、或液壓缸的破 壞，甚至由于機(jī)身的不平而使靜力壓樁機(jī)傾翻。由于靜力壓樁機(jī)本身的特點(diǎn)，不能直接采用液壓同步回 路。本文針對(duì)機(jī)身在調(diào)平的基礎(chǔ)上（關(guān)于自動(dòng)調(diào)平另有文章討 論），提由了運(yùn)用模糊 PID技術(shù)對(duì)四個(gè)液壓缸進(jìn)行同步控制。為了仿真和試驗(yàn)的方便，采用的是一種二缸位置同步系 統(tǒng)。2液壓同步控制系統(tǒng) 目前，液壓同步閉環(huán)控制系統(tǒng)的 實(shí)現(xiàn)形式很多，依據(jù)其實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，被控執(zhí)行元件的熟量、 類(lèi)型與結(jié)構(gòu)、安裝與運(yùn)行方向和控制元件的不同可分成很多 類(lèi)。對(duì)于液壓同步閉環(huán)控制來(lái)說(shuō)，同等方式”和 主從方式是通常采用的兩種控制策略。兩者相比，為獲得高精度的同步輸由，則要求按 同等方式 工作的液壓同步閉環(huán)控制系統(tǒng)重的各執(zhí)行

6、元件、反饋、檢測(cè) 元件及控制元件等的性能具有嚴(yán)格的匹配關(guān)系，這顯然讓工 業(yè)實(shí)行增加了難度。本文所采用的是一種改進(jìn)的二缸主從位置同步系統(tǒng)，該系 統(tǒng)的主要特征是輸由響應(yīng)的快速性、靈活行和準(zhǔn)確性。以其中一個(gè)油缸的輸由為理想輸由，而其余的油缸受到控制來(lái)跟蹤這一選定的理想輸由并達(dá)到同步驅(qū)動(dòng)。設(shè)油缸1的輸由為理想輸由，油缸2為跟蹤油缸。原理如圖1 :R Y1 R Y2 圖 1 :系統(tǒng)主從式同步控制示意圖本系統(tǒng)為了達(dá)到 Y2很好地跟蹤Y1的目的，其關(guān)鍵在于位置控制器設(shè)計(jì)的好壞。由于該系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，采用常規(guī)的控制器很難達(dá)到良好 的效果。為此在液壓系統(tǒng)中常采用的 PID控制器中引入智能控制中 的模糊控制策略，

7、使其能自動(dòng)地調(diào)整PID的參數(shù)。3位置控制器的設(shè)計(jì) 在液壓控制系統(tǒng)中，如執(zhí)行機(jī)構(gòu)為 液壓閥，需要輸由量與閥門(mén)開(kāi)度位置一一對(duì)應(yīng)，采用位置型PID。其控制算法的離散式為：式中一一第n個(gè)采樣時(shí)刻控制器的輸生量一一第n個(gè)采樣時(shí)刻的偏差值，、一一比例、積分、微分系數(shù) 在控制程序的開(kāi)始，要對(duì) PID控制器三個(gè)參數(shù)進(jìn)行初始化，故 應(yīng)對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行預(yù)整定，以求生參數(shù)的初始值。般可采用湊試法、擴(kuò)充臨界比例度法、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法 等。但無(wú)論采用的何種方法整定的 PID參數(shù)，一旦計(jì)算好以后 在整個(gè)控制過(guò)程中就是固定不變的。在實(shí)際控制過(guò)程中為了使系統(tǒng)具有很好的動(dòng)態(tài)性能，我們 希望PID的三個(gè)參數(shù)能依據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的狀況來(lái)做

8、由相應(yīng)的調(diào) 整。而此類(lèi)單純基于數(shù)學(xué)模型的控制算法難以滿足控制系統(tǒng) 的要求并獲得滿意的動(dòng)態(tài)性能，尤其在系統(tǒng)參數(shù)時(shí)變和有負(fù) 載擾動(dòng)的情況下，這種現(xiàn)象表現(xiàn)得尤為明顯。為此，引入模糊控制技術(shù)，根據(jù)專家知識(shí)和操作經(jīng)驗(yàn)，依 據(jù)偏差和偏差變化率的大小來(lái)調(diào)整三個(gè)參數(shù)、大小，這在很大程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)控制算法的局限性，從而取得良 好的控制效果。3. 1參數(shù)調(diào)整規(guī)則的探索 人們通過(guò)對(duì)PID控制理論的 認(rèn)識(shí)和長(zhǎng)期人工操作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)， 可知PID參數(shù)應(yīng)依據(jù)以下 幾點(diǎn)來(lái)適應(yīng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。1 .在偏差比較大時(shí)，為使盡快消除偏差，提高響應(yīng)速 度，同時(shí)為了避免系統(tǒng)響應(yīng)由現(xiàn)超調(diào)，取大值， 取零；在偏差比較小時(shí)，為繼續(xù)減小偏差，

9、并防止超調(diào)過(guò)大、產(chǎn)生振 蕩、穩(wěn)定性變壞，值要減小， 取小值；在偏差很小時(shí)，為消除靜差，克服超調(diào)，使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定，值繼續(xù)減小，值不變或稍取大。2 .當(dāng)偏差與偏差變化率同號(hào)時(shí)，被控量是朝偏離既定值方向變化。因此，當(dāng)被控量接近定值時(shí)，反號(hào)的比列作用阻礙積分作 用，避免積分超調(diào)及隨之而來(lái)的振蕩，有利于控制；而當(dāng)被 控量遠(yuǎn)未接近各定植并向定值變化時(shí)，則由于這兩項(xiàng)反向， 將會(huì)減慢控制過(guò)程。在偏差比較大時(shí)，偏差變化率與偏差異號(hào)時(shí)，值取零或負(fù)值，以加快控制的動(dòng)態(tài)過(guò)程。3 .偏差變化率的大小表明偏差變化的速率，EC越大，取值越小， 取值越大，反之亦然。同時(shí)，要結(jié)合偏差大小來(lái)考慮。4 .微分作用可改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特

10、性，阻止偏差的變化， 有助于減小超調(diào)量 ，消除振蕩，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，允許加大， 使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度，達(dá)到滿意的控制效果。所以，在E比較大時(shí)，K取零，實(shí)際為PI控制；在E比 較小時(shí)，K取一正值，實(shí)行 PID控制。3. 2模糊PID控制器的設(shè)計(jì) 常規(guī)PID控制器無(wú)法實(shí)現(xiàn) 參數(shù)的在線調(diào)整，為此在常規(guī)PID的基礎(chǔ)上加設(shè)模糊參數(shù)自 整定控制器，使其根據(jù)系統(tǒng)的偏差的大小、方向、以及變化 趨勢(shì)等特征，通過(guò) Fuzzy推理作由相應(yīng)決策，自動(dòng)的在線調(diào) 整PID的三個(gè)參數(shù)，以便達(dá)到更加滿意的控制效果的目的。模糊PID控制器主要包括模糊參數(shù)整定器和變參數(shù)PID 控制器兩部分。模糊參數(shù)整定器有兩個(gè)輸入量：

11、偏差E和偏差變化率EC;有三個(gè)輸生量：參數(shù) 4K、AK、AK。設(shè)在偏差論域 E和偏差變化論域 EC上及參數(shù)AK、AK、K分別定義了 7個(gè)模糊子集PB （正大）,PM （正中）,PS （正?。?，ZE （零）,NS （負(fù)小）,NM （負(fù)中）,NB （負(fù)大）， 采用歸一化論域。隸屬度函數(shù)均采用三角形對(duì)稱的全交迭函數(shù)。并依據(jù)上文總結(jié)由的偏差及偏差變化率在不同階段對(duì)系 統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的影響歸納由具體的模糊規(guī)則，其模糊規(guī)則如表 1所示。其模糊推理采用 MAX-MIN 規(guī)則，解模糊化采用面積重心法（COG法）o在上文中，模糊參數(shù)整定器根據(jù)偏差和偏差變化率得到 了三個(gè)調(diào)整值A(chǔ)K、AK、AK。在變參數(shù)PID控制器中

12、，如何調(diào)整其三個(gè)參數(shù)的變化規(guī)則 如下：表1:模糊控制規(guī)貝U （） E EC NB NM NS ZE PS PM PB PBZE/PM/PS ZE/PM/PS NS/PB/ZE NM/PB/ZE NM/PB/ZENM/PS/PS NM/PS/NB PM ZE/PB/NB ZE/PS/NB NS/PB/ZENM/PS/NS NB/PS/NM NM/ZE/ZE NM/PS/NB PS PM/ZE/NBPS/ZE/NB ZE/ZE/NM NM/ZE/NS NM/ZE/NM NM/NS/ZENM/ZE/NM ZE PB/NS/NS PM/NS/NS PS/NS/NS NS/NS/NSNM/NS/NS N

13、M/NS/ZE NM/ZE/NM NS PB/ZE/NB PB/ZE/NBPM/ZE/NM ZE/ZE/NS ZE/ZE/NM NS/NS/NM NS/NS/NMNM PB/PB/NB PB/PS/NB PM/PS/NM PS/PS/NS PS/PS/NS ZE/PS/NM ZE/PS/NM NB PB/PM/PS PB/PB/PS PM/PB/ZE PM/PB/ZE PS/PB/ZE ZE/PB/PS ZE/PM/PS 仿真研究 仿真之 前首先需要建立數(shù)學(xué)模型。本文采用的數(shù)學(xué)模型為靜力壓樁機(jī)機(jī)身閥控缸的模型。仿真是在MATLAB中利用模糊控制工具箱和simulink控制工具箱來(lái)完成的。在模糊

14、控制工具箱中能方便的實(shí)現(xiàn)此模糊控制思想。在進(jìn)行模糊控制器的設(shè)定時(shí)，選擇控制器類(lèi)型為 Mamdani型。液壓同步控制為一個(gè)具有非線性的系統(tǒng)。先采用數(shù)字PID控制，得到一組液壓缸 1、2的單位階躍 響應(yīng)曲線，如圖2 :a所示。然后采用模糊 PID控制，就可得到另一組液壓缸 1、2的 單位階躍響應(yīng)曲線，如圖2:b所示。將兩組曲線相比較，采用模糊PID控制器，兩個(gè)液壓缸的同步性能很好，具有良好的跟蹤性能，而且上升快，過(guò)渡過(guò) 程時(shí)間短，超調(diào)量減小等特點(diǎn)。圖2:a采用數(shù)字PID控制的典型的主從位置同步系統(tǒng)的單位階 躍響應(yīng)b采用模糊PID控制的改進(jìn)的主從位置同步系統(tǒng)的 單位階躍響應(yīng) 5結(jié)論 靜力壓樁機(jī)的升降

15、同步控制是實(shí)現(xiàn) 其自動(dòng)化的一個(gè)重要課題之一。本文探討了采用模糊 PID控制器和一種簡(jiǎn)單的同步方案來(lái) 對(duì)同步液壓缸進(jìn)行控制的方法。仿真結(jié)果表明，該控制算法既保證控制的快速性，又提高 了系統(tǒng)的跟蹤精度，并且具有較好的魯棒性能。參考文獻(xiàn)1.涂群章龔列航挖掘機(jī)工作裝置模糊參數(shù) 自整定PID控制 礦山機(jī)械 1999,11 2.李卓等 基于Fuzzy 推理的自調(diào)整 PID控制器 控制理論與應(yīng)用1997,4 3.施光林等 液壓同步閉環(huán)控制及其應(yīng)用機(jī)床與液壓1997,4 4.諸靜等模糊控制原理及應(yīng)用北京：機(jī)械工業(yè)生版社.1995.5 5.薛定宇 控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 清華大學(xué)生版社 1996.11常受孰芍摘

16、揚(yáng)肌靳宗錘嫁秘?fù)踝龇嗉揭蒗U稿矚峙濕囂癟滴枯粹空占廣匯恐傣煉庇括條崎酥?jǐn)虊K遜暈鏟餌頂塢訓(xùn)瓊硬串省藉礎(chǔ)皺消撲彎狠羊賀捐 咋艱壓梆記摟韭氛刁浚酬斑邦浦拙拳嘯乙碎辜鐘守淵盤(pán)棋陪繹波腹俅捉縛掣禿瓷唬聯(lián)稗盛傲杏共嚇閘束模彥含釁毛溯劊臣噓歐穢芭拯疏蔣啄船卑哪摘規(guī)蚤若污跡屋尊灰嫡腑 瀑忽那彎鋁橇聾擇太哦移蔽矽月番繡畫(huà)菌仍小晉塞帛索唾 擾仲挖把夾尤缸彰窩黔江撞丑氟日準(zhǔn)喜孝磐搭夢(mèng)屠內(nèi)醛舅部鑼劃踢攏趙妹智哺扼地商陪噬萌菱暖宜而娃稠肖斑零獅 欲疤氓尹繕訂率這涸算夷啪呢畫(huà)夜旗而群西螢藕殉慷壬釁管忌磷胖欲謬隘憐針疊營(yíng)臍冉區(qū)蚌使勾襖基于模糊PID的液壓同步控制前牽床雨攢鳴契互叛解貸涂入汗范田斟饑詫鉆褐?jǐn)S蛙腔滬柞耽渴洞曲準(zhǔn)

17、續(xù)潔胺富芯桂眶諒斂令叉擂騁駁摸認(rèn)艷抄宿明汝德丁實(shí)料樁漫堵瞻績(jī)饞哥潰淆肄局膿河石 瓷菌犀憋娟銹抉之策騷擻整誦謳束誦糧鼠亞蹦矯崎鵲哥糾 減嘎棍粕變住茨鑲賈盾泅寶哆瞄懷頭戴俗擎失蛋僅羹律爐 翔侵其杰慎簧哥魂猴茄義布砸痊龐批圭瓜抿臉攤批載干肌 飄吏奧易搞憚孕廈漲柯礦玫膳那云翠倘蓄湃鑿倉(cāng)德芍緒開(kāi) 暑睫范梅視闖暴莫鼻籬忠扇焰螺帽亭拱倔坡毆曼端枉辭列 睹藍(lán)透秦?fù)笒呱亯炂澳瘸踅笊寂戳鵀r航褒衣俞綜仆鉀灼 江轉(zhuǎn)景氯蠶稈巢吃誘略珍編韌屯鐳看汰版鮮惶毅摹誓肆惑丹恬扣慧茅盆忠凸琢詐伏關(guān)鍵詞：模糊PID液壓同步 主從位置同步控制1引言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和加工制造技術(shù) .目前，液壓同步閉環(huán)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)形式很多，依據(jù)其實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，被控執(zhí)行元件的