模糊自适应PID在液压电梯速度控制中的仿真研究

　　液压电梯是一种典型的速度控制系统，目前在国内外实际控制中一般都采用闭环PID控制，但是针对液压电梯这样具有非线性、大滞后、时变性的特点时，经典PID控制效果往往不佳[1]。为了达到理想的控制精度和稳定性，提高乘客乘坐的舒适感。本文将模糊自适应PID控制策略应用到液压电梯速度控制中，为液压电梯速度控制器在线优化与自适应提供新思路和新技术，具有较高的理论价值和应用价值。

　　1 液压电梯系统的主要环节与传递函数

　　1.1 液压电梯系统的主要环节

　　液压电梯是一种典型的机电液一体化产品，其基本组成包括以下方面，泵站系统、液压控制系统、承重升降系统、导向系统、轿厢、门系统、电气控制系统和安全保护系统[2]。但本文旨在研究液压电梯的速控制策略，因此忽略液控单向阀的开关特性，动滑轮的转动惯量，定滑轮的质量和粘性摩擦力等次要因素，现将系统做适当简化，如图1所示。

　　1.2 液压电梯系统的传递函数

　　简化后的系统主要由变频器-电动机部分、液压部分和机械提升部分组成[3]。根据力矩平衡方程、理想气体状态方程、牛顿第二定律及胡克定律等建立各个主要环节的数学模型，并作适当变动和线性化处理，忽略系统的非线性摩擦和温度变化导致的油液粘度变化等特性，经Laplace变换[4]，[5]，并将相关参数代入，得其开环传递函数为：

　　2 电梯理想速度曲线

　　电梯在使用过程中，伴随着频繁的加速和减速过程，而且作为一种垂直升降的运输设备，乘客对其速度的变化更为敏感。因此对电梯系统的控制必须考虑乘坐的舒适感。由前人实验得知，影响乘客舒适感的最大因素并非加速度，而是加速度的变化率。因此，提出采用余弦加速度导数连续原则设计了具有正弦函数特征的速度曲线[6]，如图2所示。v为电梯的理想速度曲线，a为加速度曲线，a，为加速度的变化率。

　　图2 理想速度曲线

　　3 液压电梯速度控制系统的建模

　　3.1 液压电梯速度控制原理

　　液压电梯的速度控制是利用闭环反馈的方式进行控制，通过速度传感器直接测试轿厢的运行速度，并作为反馈信号，利用与理想速度曲线的偏差和偏差的变化率来对轿厢速度进行PID控制[7]，且通过模糊推理对PID三个参数进行优化，其速度控制原理如图3所示。

　　图3 液压电梯速度控制原理图

　　3.2 模糊自适应PID控制器设计

　　模糊自适应PID控制器是利用不同偏差E和偏差变化率EC作为输入，通过专家的PID参数整定经验总结出的模糊控制规则对PID的三个参数进行在线修改，以满足不同时刻的E和Ec对PID参数的自整定要求[8]。其结构框图如图4所示。