模糊PID在伺服控制系统中的应用.docx
模糊PID在伺服控制系统中的应用邢俊逸导语：模糊控制技术，已经成为智能控制技术的一个重要分支，它是一种高级算法策略和新奇的技术。前言传统PID比例、积分和微分控制原理简单，使用方便，适应性强，可以广泛应用于各种工业经过控制领域。但是也存在参数调节需要一定经过，最优参数选取比拟费事的缺点，对一些系统参数会变化的经过，PID控制就无法有效地对系统进展在线控制。不能知足在系统参数发生变化时PID参数随之发生相应改变的要求，严重的影响了控制效果。模糊控制技术，已经成为智能控制技术的一个重要分支，它是一种高级算法策略和新奇的技术。自从1974年英国的马丹尼(E.H.Mandani)工程师首先根据模糊集公道论组成的模糊控制器用于蒸汽发动机的控制以后，在其开展历程的30多年中，模糊控制技术得到了广泛而快速的开展。如今，模糊控制已广泛地应用于冶金与化工经过控制、工业自动化、家用电器智能化、仪器仪表自动化、计算机及电子技术应用等领域。尤其在交通路口控制、机器人、机械手控制、航天飞行控制、汽车控制、电梯控制、核反响堆及家用电器控制等方面，表现其很强的应用价值。并且目前已有了专用的模糊芯片和模糊计算机的产品，可供选用。我国对模糊控制器开场研究是在1979年，并且已经在模糊控制器的定义、性能、算法、鲁棒性、电路实现方法、稳定性、规那么自调整等方面获得了大量的成果。著名科学家钱学森指出，模糊数学理论及其应用，关系到我国二十一世纪的国力和命运。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那么对PID控制的比例、积分、微分系数进展实时优化,以到达较为理想的控制效果。模糊PID控制共包括参数模糊化、模糊规那么推理、参数解模糊、PID控制器等几个重要组成局部。计算机根据所设定的输入和反应信号，计算实际位置和理论位置的偏向e以及当前的偏向变化ec，并根据模糊规那么进展模糊推理，最后对模糊参数进展解模糊，输出PID控制器的比例、积分、微分系数。卫星信号接收最大的难点是天线怎样自动跟踪卫星信号，尤其是舰船位置经、纬度和方向方位角。为接收卫星信号，在舰船挪动接收平台上装载可由电机控制旋转的卫星接收天线系统，将测量出的卫星电视接收天线方向的变化数据转换成驱动指令，经伺服驱动系统控制天线转动，使接收天线中心轴在载体挪动经过中始终对准卫星，并且采取适当方法对长时间行驶产生的累积误差进展修正。故针对舰船航行经过中，因受各种作用力对船只的影响，卫星天线接收器的基座发生偏移，导致天线接收器不再指向卫星信号的传输方向，信号接收变弱甚至中断，通过从轮船卫星天线陀螺传感器和电子罗盘得到的数据，对改变的接收器指向坐标进展推算验证，得到天线指向的初始坐标的坐标值转换公式。利用电机伺服驱动系统控制天线左右或者上下转动，重新调整使其指向卫星，接收信号。1、车载天线伺服系统的组成车载天线系统由两局部组成：户外设备和户内设备。户外设备主要是天线伺服跟踪系统包括平台、平台伺服跟踪系统、惯性传感器、GPS、卫星天线等;户内设备主要是控制器包括各传感器接口、数据收集、控制器、卫星接收机等和主控计算机，两者之间采用电缆连接，具有稳定跟踪和接收卫星信号的两大功能。本系统采用德州仪器推出的TMS320LF2407A，与传统的单片机相比有宏大的上风。只需外加较少的硬件即可实现电机控制系统。本系统采用增量式光电码盘反应转子的速度和磁极位置及初始位置。车载天线伺服系统模糊PID控制框图如图1所示。图1车载天线伺服系统模糊PID控制框图车载天线伺服系统数学模型确实定假设电机的负载为常数且只输出电机转动的角速度，那么得到直流伺服电机的传递函数如式1。图2直流伺服电机驱动子系统构造框图2、模糊PID控制器的设计PID参数的模糊自整定是找出PID三个参数Kp、Ki、Kd与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断的监测e和eczaoche168，根据模糊控制原理对三个参数进展在线的整定。PID参数的设定是靠经历及工艺的熟悉,参考测量值与设定值曲线,进而调整Kp、Ki和Kd的大小。模糊控制规那么是用于修正PID参数的，模糊控制规那么根据经过的阶跃响应情况来考虑求取。规那么如下所示：1预选择一个足够短的采样周期让系统工作;2仅参加比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期3根据下面的详细规那么修改PID控制器参数，直至满足为止。根据上面所述的模糊控制规那么，采用如下的PID参数的调节规那么，如表1、表2、表3所示。表1Kp规那么调节表表2KI规那么调节表表3KD规那么调节表PID三个参数的模糊规那么库建立好以后，就可以根据模糊控制理论进展参数的自调整。将系统误差e和误差变化率ec变化范围定义为模糊上的论域：e,ec=-3，-2，-1，0，1，2，3在模糊控制规律中，e和ec的语言变量值取负大NB，负中NM，负小NS，零ZO，正小PS，正中PM，正大PB共7个值。它们的隶属度函数都是三角形，并且，每个值所取的范围宽度相等。为了验证PID模糊控制器的控制效果，用Matlab/Simulink软件进展仿真，根据系统的数学模型。图3仿真曲线图运行仿真程序塑料工业网，得到如图3所示的仿真结果。从图中可以知道，在阶跃响应下，与传统PID相比，该系统的上升时间和调节时间大大缩小，超调量明显减小，大大进步了系统的动态性能。3、结论本论文将模糊控制与SIMULINK相结合，对车载伺服系统设计了一个比拟公道的模糊PID控制器并且进展MATLAB仿真。由于车载天线处于一个实时变化的环境，导致系统参数可能会根据环境变化。传统的固定控制参数的控制策略没有方法知足这样的需求，而模糊自适应控制却恰好弥补这一缺陷。同时模糊自适应控制还很好地解决了伺服系统本身自带的由于惯量引起的误差。软硬件结合真正知足了系统的快，准，稳。
