模糊自适应PID控制器在型材冷弯机送料机构的应用

　　0 引言

　　型材冷弯机的送料机构是液压缸、电液伺阀、服放大器、 信号调节器和传感器等组成。 该系统具有非线性、滞后性、大惯性等特点。 常规PID 控制需要建立被控对象精确的数学模型， 难以处理复杂的时变性和非线性控制系统，它不能实时调整PID 参数，且响应速度不够快。 而模糊控制可以把人的经验转化为控制策略，对时变的、非线性的、滞后的、高阶大惯性的被控对象，能获得良好的动态特性， 即可以有很好的反应速度和稳定性，但却无法消除静态误差，需要引入积分作用[1]。

　　基于以上原因，将模糊控制和传统的 PID 控制相结合，设计了一种参数自适应整定模糊PID 控制器。在MATLAB 中编写程序对其进行了仿真研究，结果表明：模糊自适应PID 控制器具有良好的动态、 稳定性能以及较强的鲁棒性。

　　1 型材冷弯机送料机构模型的建立

　　型材冷弯机的位置控制方式如图1 所示。

　　通过分析图1 得出如图2 所示的位置控制框图。

　　系统中的某些参数难以准确的计算，而且实际数值也是不断变化的，因此利用现场的经验数据，采用基于参数模型的辨识方法，对系统部分参数进行了辨识，为系统准确建模奠定基础[2]。经优化处理后，得到表1所示的液压模型仿真参数。

　　根据系统的位置控制模型图， 得到位置控制系统被控对象的数学模型：

　　将表1 的参数代人， 经过优化处理得到该控制系统的动态传递函数：

　　2 参数子整定模糊PID 控制器的设计

　　2.1模糊PID控制系统的结构

　　参数自整定模糊PID 控制系统如图3 所示。 在常图3 参数自整定模糊PID 控制结构图规PID 基础上，以反馈值和目标值的误差e 和误差变化率ec 作为输入，用模糊推理的方法对PID 参数KP，KI，KD 进行在线整定， 以满足不同的e 和ec 对控制器参数的不同要求，从而使受控对象具有良好的动、静态性能。

　　2.2 PID参数在线整定的原则

　　PID 控制中Kp，Ki与Kd各参数的作用详见文献[3]。一般情况下，在不同e 和ec 下被控过程对参数Kp，Ki与 Kd设置可归结如下文所述[4-5]。

　　当e 较大时，为使系统具有良好的快速跟踪性能，避免因e 瞬间变化大而引起微分饱和，应取较大的Kp与较小的 Kd。 为避免系统响应出现较大的超调，应对积分作用加以限制，通常取Ki=0;根据实际情况也可直接采取P 控制。当e 处于中等大小时，为了减小系统的超调同时保证系统的响应速度，Kp应取得小些;Ki的取值要适当; 在这种情况下，Kd的取值对系统响应的影响较大，一般取值经验为：ec 较大时，Kd可取稍小;ec 较小时，Kd可取稍大。 实际中也可直接采用PD 控制。当e 较小时，为使系统具有较好的稳态性能，提高系统的抗干扰性， 避免系统振荡，Kd与 Ki均应取得大些。同时为避免系统在设定值附近出现振荡，Kd值的选择很关键，可根据ec 来决定，当ec 较大时，Kd可取稍小;ec 较小时，Kd可取稍大。