基于模糊PID控制的機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

湯樂　賈思雨　田青云　丁生晨　劉煜

【摘 要】機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)，是一種“測(cè)”和“控”并舉的現(xiàn)代機(jī)械化工業(yè)產(chǎn)品及工程設(shè)計(jì)的技術(shù)。本研究給予國(guó)內(nèi)機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀，介紹了基于模糊PID控制的機(jī)械測(cè)控技術(shù)，分析了其對(duì)于機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)的可行性分析，提出了其設(shè)計(jì)的流程，并對(duì)基于模糊PID控制的機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械測(cè)控；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；模糊PID控制

機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)是當(dāng)前機(jī)械應(yīng)用技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)。近年來(lái)，在科學(xué)文化的快速發(fā)展背景下，機(jī)械測(cè)控的技術(shù)和水平也得到了極大的提高，當(dāng)從整體情況而言。我國(guó)的機(jī)械測(cè)控技術(shù)在性能、加工工藝、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等方面，與國(guó)際上先進(jìn)國(guó)家的技術(shù)整體水平還存在一定差距。模糊PID控制是一種輔助機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，應(yīng)用于機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)中，不僅可以提高機(jī)械設(shè)計(jì)效率，縮短整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)周期，同時(shí)也為機(jī)械行業(yè)大量吸金。模糊PID控制是機(jī)械測(cè)控技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，本研究就其基本設(shè)計(jì)現(xiàn)狀報(bào)告如下：

1 模糊PID控制概述

模糊PID控制，是職能控制技術(shù)的一種，該技術(shù)主要利用專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)系統(tǒng)技術(shù)，在人工智能非新興條件下，引入控制器，使整個(gè)系統(tǒng)在任何狀態(tài)下都能實(shí)現(xiàn)更好、更穩(wěn)定的控制性能。它在整體運(yùn)用中，對(duì)迅速適應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)變化，合理控制偏差，有針對(duì)的實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化的管控。模糊PID控制針對(duì)具體過(guò)程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)自身的控制要求達(dá)到目標(biāo)函數(shù)要求。該技術(shù)通過(guò)對(duì)參數(shù)的征訂問(wèn)題進(jìn)行控制，來(lái)逆轉(zhuǎn)傳統(tǒng)控制系對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)和參數(shù)不確定無(wú)法控制的局面，從而在特定領(lǐng)域例，發(fā)揮專家系統(tǒng)的功能。

2 模糊PID控制

模糊控制的基本原理。模糊控制是一種基于模糊邏輯的算法，其原理是，在控制過(guò)程中，對(duì)被控對(duì)象的狀態(tài)進(jìn)行模糊化，變?yōu)橛萌祟愓Z(yǔ)言描述的模糊量，之后根據(jù)實(shí)際控制經(jīng)驗(yàn)制定的語(yǔ)言控制規(guī)則，再通過(guò)模糊推理，得到輸出控制量的模糊值，最后在解模糊化模塊中將控制量的模糊值轉(zhuǎn)換為執(zhí)行器能夠執(zhí)行的精確控制量，在控制中發(fā)揮作用。？模糊控制器由模糊化模塊、知識(shí)庫(kù)、模糊推理模塊、解模糊化模塊4個(gè)部分組成。

以機(jī)械供暖系統(tǒng)水溫模糊PID控制系統(tǒng)為例，驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了交互式傳感。該技術(shù)研究方法普遍應(yīng)用于恒溫箱溫度控制、模糊自適應(yīng)控制和變化器的數(shù)字模糊控制、逆變電源的模糊自適應(yīng)和注塑機(jī)料筒溫度控制以及多電機(jī)同步控制等。

3 基于模糊PID控制的機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 可行性分析

機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)工程，從構(gòu)思、概念表達(dá)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)投產(chǎn)，各個(gè)環(huán)節(jié)的控制，不僅多變且復(fù)雜，對(duì)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的參數(shù)以及系統(tǒng)零部件的選用，大體上都需要在設(shè)計(jì)之初進(jìn)行建模，以優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)、確保運(yùn)行速率。

3.2 設(shè)計(jì)流程

從整體設(shè)計(jì)流程圖來(lái)看，PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，在模糊PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小上，從理論計(jì)算到數(shù)字模型轉(zhuǎn)化，再到直接性數(shù)據(jù)參數(shù)整定。在機(jī)械實(shí)際運(yùn)行中，對(duì)理論計(jì)算、參數(shù)控制和修改以及檢驗(yàn)等的掌握和控制。都能從比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法中脫穎而出。尤其在實(shí)際運(yùn)行中，以臨界值比例方法為代表的機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)控制方法，已經(jīng)成為系統(tǒng)控制工作的主流和核心。

3.3 控制流程

三維設(shè)計(jì)圖表顯示，基于模糊PID控制器的控制步驟分析為，啟動(dòng)開關(guān)-初始化進(jìn)程-采樣實(shí)際流速-標(biāo)準(zhǔn)變換-計(jì)算偏差和偏差率-進(jìn)入算法模塊-數(shù)據(jù)顯示模塊-啟動(dòng)、停止命令-關(guān)機(jī)。

以汽車驅(qū)動(dòng)控制防滑為例：進(jìn)步基本模糊控制器的設(shè)計(jì)精度和跟蹤性能，通過(guò)對(duì)語(yǔ)言變量取更多的語(yǔ)言值，對(duì)規(guī)則數(shù)和計(jì)算量進(jìn)行逐步增加，并實(shí)時(shí)滿足設(shè)計(jì)和控制的需要。通過(guò)模糊控制在控制域內(nèi)用不同的控制方式來(lái)控制。偏差和闕值之間的比例以及響應(yīng)的過(guò)程，都要在整個(gè)比例控制和模糊控制中，發(fā)揮穩(wěn)定的余差。PI 控制在平衡點(diǎn)四周的小范圍調(diào)節(jié)效果對(duì)控制曲面是門路調(diào)節(jié)效果較理想。采用模糊控制的滑轉(zhuǎn)率與P-FUZZY-PI 控制器控制的車輪滑轉(zhuǎn)率基本和理想值相等，基本消除模糊控制帶來(lái)的余差。

3.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用案例研究

主令電機(jī)速度設(shè)定為g，直流電機(jī)的而輸出速度為n1、n2和n3，應(yīng)用上述模糊PID控制的原理對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保整個(gè)機(jī)械電機(jī)的運(yùn)行速度穩(wěn)定在主令速度值的范圍內(nèi)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究，對(duì)其外界荷載穩(wěn)定狀態(tài)下的速度控制和響應(yīng)能力以及系統(tǒng)主令速度不變下，對(duì)一種或者兩種電機(jī)的控制效果。

4 結(jié)語(yǔ)

模糊PID控制，作為智能控制系統(tǒng)的核心組分，其設(shè)計(jì)具有降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高機(jī)械運(yùn)行效率、提升設(shè)計(jì)成果、設(shè)計(jì)工作高效、機(jī)械控制性能良好的諸多優(yōu)點(diǎn)。在機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，應(yīng)用智能控制下的模糊PID控制，通過(guò)建立零部件整體設(shè)計(jì)模型，利用設(shè)計(jì)模型對(duì)其機(jī)械控制參數(shù)和性能進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)減少機(jī)械設(shè)計(jì)重復(fù)性工作，精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)程序，減少設(shè)計(jì)浪費(fèi)、節(jié)省工業(yè)設(shè)計(jì)成本，提高機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用回報(bào)率，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

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