专家控制器在精校机上的仿真研究

    1　引言

    精校机主要用于校直轴类零件,轴类零件在加工及热处理的过程中容易出现弯曲变形,影响零件的使用效率及寿命,所以通常在轴类零件加工过程中都适当的应用校直工序。现在常用的校直机是液压式点压校直机,采用压头下压校直工件的方法,因此压头的行程控制性是校直机校直的关键技术[1]。而且此系统对控制精度的要求很高,不允许过大超调(过压),既要提高加工效率,又要较高的校直精度,且电液伺服系统在本质上又是一个非线性系统,所以控制起来有难度。

    传统的PID控制是以对象的数学模型为基础的一种控制方式,不能有效克服负载、模型参数大范围变化及非线性因素的影响。因此应该采用更好的控制方法来控制对象。而专家系统对上述问题能作出较好的预测,并能找出解决问题的适当方法。本文提出了一种基于专家控制规则的PID控制算法,把专家系统和PID控制器结合起来,利用专家系统知识库来修正PID参数,改变PID控制方式,以达到最佳PID控制的效果。

    2　专家整定PID控制系统的原理和设计

    2·1　数字PID的控制算法

    目前, PID控制算法是一种广泛应用的控制方法,具有结构简单,参数整定方便等优点,在许多场合能获得令人满意的效果。但是当被控制对象的特性比较复杂时,由于标准PID算式中积分项的作用,如果参数调整不合理,可能使系统产生一个较大的超调量,导致系统不停地震荡。数字PID的控制算法为

    2·2　专家整定PID的工作原理

    (1)专家整定PID控制系统是以闭环负反馈控制理论为基础,将PID控制与专家系统结合在一起,实现专家系统对PID的优化,完成专家经验对PID控制器的整定。专家自整定PID控制系统如图1所示。

    系统的工作原理:首先根据生产过程的要求确定控制系统性能指标的要求,以误差信号为基础来识别专家控制系统的性能指标,同时以此作为推理机的产生式规则的前提条件进行推理,确定PID的参数调整方向和调整量,专家控制器指导PID控制器参数调整,实现控制功能。系统的性能指标有误差平方的积分函数、时间与误差平方乘积的积分函数、绝对误差的积分函数、时间与绝对误差乘积的积分函数。但是对于热工控制系统,使用以上指标并不能保证品质满足要求,因此我们选用综合型指标为目标函数,即仿真时以单项指标为准则进行优化,单项指标包括衰减比、衰减率、最大动态偏差、超调量、稳定误差、过渡时间以及上升时间[3]等。通常选择其中的几项作为衡量某一控制器是否有效的指标。

     (2)专家整定PID采用产生式规则,专家控制系统根据控制专家的经验从特征识别得到的系统状态特征和性能特征出发,总结出调试控制规律或规程,采用专家语言描述的整定PID控制参数的整定规则。获取规则的方法有两种,一种是直接从该领域的专家那里得到,另一种是通过系统仿真的方法间接获取。现在通常利用Matlab语言的simulink工具箱整定PID参数的规则,通过建立控制对象的数学模型,在模型下面不断调试PID参数,从而摸索出整定规则。