模糊自整定PID在液压仿真转台中的应用

　　1 引言

　　液压仿真转台是广泛应用于航空、航天等军工行业中的试验设备,其性能的好坏直接影响被试对象的开发研制。液压仿真转台由液压马达直接驱动,从控制角度来看是一种典型的电液位置伺服系统。由于仿真转台是一种高精度的试验设备,对其性能有较高的要求,而对液压伺服系统来说虽有许多显著的优点,如响应速度快、负载刚度高等,但也有许多不利于控制的因素,如油液的可压缩性和黏温特性、控制阀流量的非线性以及由于泄漏和磁滞所产生的死区等,所有这些因素都大大增加了液压伺服系统的控制难度[1]。

　　在控制理论和技术飞跃发展的今天,PID控制由于其简单、稳定性好、可靠性高等优点,在冶金、机械、化工等工业过程的控制中仍有广泛的应用,显示出极大的生命力。在PID控制中,一个关键的问题是PID参数的整定。传统的方法是在获取对象数学模型的基础上,根据某一整定原则来确定PID参数,然而在液压转台的控制中,由于液压伺服系统具有时变性、非线性等特点,这就要求PID参数能够在线调整,以满足控制系统性能的要求。

　　模糊控制器是一种近年来发展起来的新兴控制器,其优点是不要求掌握被控对象的精确数学模型,而根据人工控制规则组织控制决策表,然后由该表决定控制量的大小。由于普通的模糊控制存在一定的稳态偏差,因此可以把模糊控制和PID控制两者结合起来,扬长避短,既具有模糊控制灵活而适应性强的特点,又具有PID精度高的优点。本文针对仿真转台液压伺服系统的特点,设计完成了一个基于模糊自整定PID[2]的液压仿真转台控制系统,获得了满意的性能。

　　2 模糊自整定PID控制系统

　　由于液压伺服系统本身的非线性,加之仿真转台在运行过程中环境的变化,使得被控系统的参数必然发生波动,偏离其标称值,显然用固定的KP、KI和KD去适应仿真转台运行的全过程,系统的性能必然会受到影响。理想情况是根据系统运行状态的变化在线调整PID的控制参数,以获得良好的控制性能。模糊控制在数学模型不确定甚至模型未知的系统控制方面显示了其独特的优越性[3][4]。为使液压仿真转台具有优良的性能,本文采用模糊自整定PID控制器。把模糊控制和PID控制相结合,既能获得PID控制所具有的可靠性和准确性,同时又可利用模糊控制所特有的模糊推理能力,实时调整PID的控制参数,可以使PID控制器适应被控对象运行过程中参数的变化,获得良好的控制性能。模糊自整定PID控制系统如图1所示。

　　首先,通过常规方法可确定出PID控制器参数KP、KI和KD的初始值,当系统运行过程中参数发生波动时,显然固定的KP、KI和KD难以满足控制系统的要求,此时需要PID控制器的参数KP、KI和KD作相应调整以克服系统参数的变化对系统的不利影响。以误差E和误差的变化量EC作为模糊控制器的输入量,通过在运行中不断地检测E和EC,经过模糊控制器后得到KP、KI和KD的在线修正值即KP、KI和KD,从而使PID控制器的参数进行在线修改,使系统具有良好的动、静态性能。图1中,PID控制器的参数KP、KI和KD按下式计算: