基于变论域插值模糊PID的压剪试验机压力测控仪

　　0　引言

　　压剪试验是材料试验行业常用的检验各种建筑材料力学性能的一种试验方法。压剪试验机压力控制系统是以液压伺服机构作为执行机构。由于油液的可压缩性、温度渐升特性以及试件刚性的时变性等因素的影响,使得整个压力控制系统呈现出很强的非线性特性。常规的PID控制方法只能在系统的某个局部工作点获得较好的控制效果[1],由于控制参数不能随系统特性的变化而实时调整,该控制方法很难满足系统稳定工作于所有工作点的需求。亟待一种切实可行的方案用于该类较复杂的控制技术应用领域的PID控制单元参数自调整。

　　近年来,有许多专家和工程技术人员致力于控制参数在线自调整的研究,并取得了不错的成果。模糊逻辑正越来越多的被应用于PID控制器的参数自调整,如增益调整型模糊PID控制器、直接控制量型模糊PID控制器、混合型模糊PID控制器等。增益调整型模糊PID控制器在自整定间隔期间,控制器的增益参数可能是常数,故不能保证非线性特征[2];胡包钢,G KIMann等人则认为直接控制量型模糊PID控制器存在控制分量合成,输入耦合影响,增益相关等缺陷[3];混合型模糊PID控制器存在何时并如何实现无干扰切换等应用中的附加问题。

　　文中在基于误差驱动的增益调整型模糊PID控制器的理论基础上,引入论域收缩等思想,给出一种新的PID控制单元参数自调整方法。

　　文献[4]针对如何在不增加规则的前提下提高模糊控制精度的问题,首次提出了变论域思想:在规则形式不变的前提下,论域随着误差变小而收缩。引入矩形域上二元函数分片双一次插值算法,用于基于规则的变论域压缩因子的构件,获得了一种新的PID控制参数自调整方法。文中对变论域原理和模糊插值机理做了详细的讨论,并详细介绍了基于变论域插值模糊PID的压剪试验机压力控制系统的构造与设计。

　　1　模糊控制的论域收缩原理

　　1·1　模糊控制的论域收缩原理

　　由于目前常用的模糊控制模型如Mamdani模型、Mizumoto模型、Takagi模型等均可以认为是某种插值函数[5]。在插值的意义下,作为表示模糊推理前件的模糊集合就是插值的基函数,因此,这些模糊集峰点之间的距离的大小,就决定了由插值得到的控制函数逼近真实控制函数的程度,峰值之间的距离越小,两者逼近的程度就越高。这就意味着要得到高精度的控制效果,就需要足够多的控制规则,而对于依赖于领域专家知识规则的模糊控制器来说是不现实的,于是便导致了较大的稳态误差。针对这一问题,文献[4]首次提出了变论域思想:在规则形式不变的前提下,论域随着误差变小而收缩(即论域收缩)。局部地考虑,论域收缩相当于增加规则,即加密插值结点,从而提高了控制精度。论域的收缩过程如图1所示。