模糊PID控制在液壓伺服控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：本文就如何提高PID控制的控制效果，將模糊PID控制算法應(yīng)用于液壓伺服系統(tǒng)，通過模糊控制對(duì)PID的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)非線性調(diào)節(jié)，使該系統(tǒng)得到了快速穩(wěn)定的輸出。

關(guān)鍵詞：液壓伺服 壓力控制 模糊PID 模糊控制

1 概述

液壓伺服系統(tǒng)以其響應(yīng)速度快、負(fù)載剛度大、控制功率大等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。本文將模糊控制和PID控制有機(jī)結(jié)合起來，利用模糊控制對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的修正，提高了系統(tǒng)的控制精度和魯棒性，有較好的實(shí)用性。

2 模糊PID控制算法策略

2.1 算法策略概述

模糊自適應(yīng)PID控制器是一種以常規(guī)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)，以誤差e和誤差變化de為輸入數(shù)據(jù)的控制器，滿足了各個(gè)時(shí)刻e和de對(duì)PID參數(shù)自整定的要求，其具體組成結(jié)構(gòu)見圖1：

根據(jù)系統(tǒng)在受控過程中的原則對(duì)應(yīng)不同的E和EC，可將PID 參數(shù)整定的原則歸納如下三點(diǎn)：

①當(dāng)|E|較大時(shí)，說明誤差的絕對(duì)值較大，為使系統(tǒng)具有較好的跟蹤性能，△Kp取較大值；為防止|EC|瞬時(shí)值過大，△Kd應(yīng)取較小的值；同時(shí)為避免系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)應(yīng)對(duì)積分加以限制，通常取△Ki=0。

②當(dāng)|E|中等大小時(shí)，為使系統(tǒng)響應(yīng)具有較小的超調(diào)，△Kp取較小些；在這種情況下，△Kd對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)影響較大，數(shù)值要取得適當(dāng)；△Ki的數(shù)值也要取得適當(dāng)。

③當(dāng)|E|較小時(shí)，為了使系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性，△Kp、△Ki都取較大值，另外為避免系統(tǒng)在設(shè)定附近出現(xiàn)振蕩，應(yīng)該考慮抗干擾性能。

2.2 模糊控制器的設(shè)計(jì)

模糊PID自整定控制保證了控制器調(diào)節(jié)作用的最優(yōu)化，它通過分析和判斷實(shí)際系統(tǒng)環(huán)境，對(duì)比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki和微分系數(shù)Kd進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

為進(jìn)一步簡化運(yùn)算程序，保證運(yùn)算質(zhì)量，在調(diào)解時(shí)，控制器根據(jù)偏差e和偏差變化率ec進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，同時(shí)模糊部分分為Kp、Ki和Kd三部分，由其各自的子助推器來計(jì)算。

2.2.1 輸入值的模糊化

由于模糊自整定PID控制器的整個(gè)討論和計(jì)算活動(dòng)主要集中在fuzzy集中，因此在實(shí)際計(jì)算中首先先要確定變量的論域，并將其及時(shí)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換至正確的論域中，再將輸入數(shù)據(jù)以語言集的形式表現(xiàn)出來，即對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化處理。

2.2.2 模糊控制規(guī)則表的建立

①Kp控制規(guī)則設(shè)計(jì)

在PID控制器中，調(diào)節(jié)初期應(yīng)適當(dāng)取較大的Kp值以提高響應(yīng)速度，而在調(diào)節(jié)中期，Kp則取較小值，以使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)并保證一定的響應(yīng)速度；而在調(diào)節(jié)過程后期再將Kp值調(diào)到較大值來減小靜差，提高控制精度。

②Ki控制規(guī)則設(shè)計(jì)

在調(diào)節(jié)過程的初期，為防止積分飽和，其積分作用應(yīng)當(dāng)弱一些，甚至可以取零；而在調(diào)節(jié)中期，為了避免影響穩(wěn)定性，其積分作用應(yīng)該比較適中；最后在過程的后期，則應(yīng)增強(qiáng)積分作用，以減小調(diào)節(jié)靜差。

③Kd控制規(guī)則設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際過程經(jīng)驗(yàn)，在調(diào)節(jié)初期，應(yīng)加大微分作用；而在中期，由于調(diào)節(jié)特性對(duì)Kd值的變化比較敏感，因此，Kd值應(yīng)適當(dāng)小一些并應(yīng)保持固定不變；在調(diào)節(jié)后期，Kd值應(yīng)減小，以減小被控過程的制動(dòng)作用。

2.2.3 逆模糊化

在經(jīng)過一系列計(jì)算后，我們可以通過模糊控制規(guī)則表得出Kp、Ki、Kd的最終值，并在此基礎(chǔ)上借助重心法進(jìn)行逆模糊化處理，以有效地實(shí)現(xiàn)求解多目標(biāo)優(yōu)化。

3 結(jié)論

經(jīng)驗(yàn)證，在常規(guī)控制環(huán)節(jié)，只要及時(shí)調(diào)節(jié)PID三個(gè)

參數(shù)即可得出一個(gè)系統(tǒng)完善的數(shù)據(jù)響應(yīng)圖，提升控制效果。

但在實(shí)際操作過程中，由于三個(gè)參數(shù)的調(diào)解程序過于繁瑣，且其調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，因此目前工作人員多選擇模糊PID控制方法來對(duì)PID進(jìn)行參數(shù)整定，極大的提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)整效果良好。

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