工程车辆液压行走驱动系统模糊自适应PID控制策略研究

　　模糊自适应PID控制作为一种新型的智能控制理论, 既能发挥模糊控制鲁棒性强, 动态响应好, 上升时间快, 超调量小的优点, 又具有PID控制的动态跟踪品质和稳态精度。因此在液压车辆行走驱动控制中, 引入了模糊自适应PID控制, 以实现PID参数的在线自调整功能, 进一步完善车辆控制器的自适应性能。

　　1 模糊自适应PID控制器的设计

　　1.1 控制器系统结构

　　PID控制算法的一般形式为:

　　式中:Kp、K1、KD分别为表征其比例P、积分I和微分D作用的参数。

　　典型PID只能利用一组固定参数进行控制, 这些参数不能兼顾动态性能和静态性能之间、设定值和抑制扰动之间的矛盾。为此, 控制系统引入模糊推理, 在PID初值基础上通过增加修正参数进行整定, 改善系统动态性能。模糊自适应PID控制系统原理如图1所示, 模糊控制器以偏差e和偏差变化ec作为输入, 修正参数Δkp、Δki、Δkd为输出, 则PID控制器输出的参数为式(2)所示为预整定值。

　　1.2 参数自整定原则

　　PID控制积分作用强, 系统超调大, 响应快, 微分作用强, 系统稳定性好, 超调小, 抑制干扰能力下降。针对不同阶段的f和ec,参数整定原则如下:

　　(1) 当e较大时为使系统具有较好的跟踪性能,应取较大的kp与较小的kd, 同时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。

　　(2) 当e和ec中等大小时, 为使系统具有较小的超调,kp应取得小些。在这种情况下,kd的取值对系统的影响较大, 应取得小一些,ki的取值要适当。

　　(3) 当e较小时, 为使系统具有较好的稳定性能,kp与ki均应取得大些, 同时为避免系统在设定值出现振荡, 并考虑系统抗干扰性能, 当ec较大时kd可取得小些; ec 较小时kd可取大一些。

　　1.3 模糊控制规则表

　　模糊控制器输入输出变量的模糊子集分别为E、Ec、Δkp、Δki、Δkd, 各变量语言值为: {负大, 负中, 负小, 零, 正小, 正中, 正大}, 记为(NB, NM, NS, 0, PS, PM, PB), 隶属度函数均为灵敏度高的三角函数, 论域为(-6, 6)间的整数。由上述整定规则, 通过模糊推理并修正, 得到Δkp、Δki、Δka的模糊控制规则如表1所示。模糊控制器中, 量化因子Ke、Kec、Ku可由经验公式(3)得

　　式中: α1、α2、α3分别为偏差的最小值、偏差变化率的最小值、输出控制量的最小值; β1、β2、β3分别为偏差的最大值、偏差变化率的最值、输出控制量的最大值。

　　2 车辆液压行走驱动系统