（机械电子工程专业论文）压桩机自动调平控制系统的模糊pid控制研究.pdf

a b s t r a c t t h i s p a p e r p u t s f o r w a r d a s c h e m e o f t h e a u t o m a t i c l e v e l c o n t r o l a n d a u t o m a t i c s y n c h r o n o u s c o n t r o l s y s t e m f o r t h e s t a t i c p i l e d r i v e l s y 以 5 j u g c o n t r o 1 飞 e l e l e c t r o - h y d r a u l i c p r o p o r t i o n a l t e c h n i q u e a n d f u z z y b o d y 一 下 d ，i t h a s v e r y o b v i o u s p r a c t i c a l v a l u e , a n d i t s c o n t r o l m e t h o d s s 其中:9 , 9 z i n , i s 1 1 7 i s m p 为液体密度 k , / m 3 几几几 p , 为液压缸无杆腔压力 p , 为液 压缸有杆腔压力 p s 为供油压力 w 为窗口面积函数 c 、 为流量系数 2 液压缸的流量方程为: 4 , = c, ( p , 一 ! ; ) + 9 z = c ,a ( 1 , 一 几 ) - c p l p c p 几 + 二d p 、 d v 刀 。d t d t _ 兰d p ,些 q r d t d t 2 一 2) 其中 : c , 为内 漏系数 c 。 为 外 漏 系 数 v 为无杆缸腔容积 v 为有杆缸腔容积 a为为系统有效容积模数 i n m3m 由 ( 2 - i ) , ( 2 - 2 ) 两式可求出两腔的流量比77 ，即 c , , ( p , 一 p , ) 一 c n p z - c , , ( p , 一 p 3 卜c l p , + d p , d v , d v , + d i ( 2 - 3 ) dl一朔一dl 砚一八-巧一戏 p i p s 一 p , -工 业叭 一 叮 .卜 c , ( p , 一 p z ) 一 c an p z 当改 中南大学硕士学位论文 第二章 静力压桩机机身位!系统数学模型的建立 d v , ) )dt、 (君 一 “ ， + c ,“ 十 p s 一 君 d % . d %” ( 2 - 4 ) = v ,a + a y 二 k 。 一 a , y 或 ( 2 - 5 ) k= - a , y k代 设 爪功衬1 jm 其中 :a , 为 无 杆腔 活塞 面 积 a , 为 有 杆 腔活 塞面 积 a 为活塞杆的截面积 y 为输出位移 ( 2 - 4 )和 ( 2 - 5 )式，可得: p东 i p s 一 p , a , 17 为有杆腔和无杆腔的流量比 a , = a , 一 a ( 2 - 6 ) 二中 刀其丫 .叮= a a 1 一a, = a , 1 一刁 ( 2 - 7 ) 定义 负载压力 几= p , 一 p , 由( 2 - 6 ) 和( 2 - 8 ) 式，可得: ( 2 - 8 ) p , =t 7 z p s + 几 1 + 1 7 z p , =1 7 2 ( p , 一 p i ) 1 + r 7 2 ( 2 - 9 ) 定义负载流量 9 , +(f , ( 2 - 1 0 ) 由( 2 - 1 ) 、 2 ( 2 - 8 0 ) 、( 2 - 1 0 ) 可得: 9 c=/ d w (x 一 s ), 件 (p s 一 p l ) y 0( 2 - 1 1 ) 其中: y = v p 1 +泞 ( 2 - 1 2 ) 2 ( 1 + r/ ) 同理，当y 0 时，由( 2 - 7 ) 、( 2 - 2 8 ) 得: 几 =宁 ( t11d_ y,it 2 b ， dy + k ,y + f )d t ( 2 - 3 1 ) 其 中:f为 等 效干 扰力， 人= f 一 f d i p , 刁 十 f , 为附加外千扰力，j . d 二 = ( 1 一 c , ) a 凡 ，c= 当y 0 时，由 ( 2 - 1 5 ) , ( 2 - 3 0 ) 得: 中南大学硕士学位论文 第二章 静力压桩机机身位置系统数学模型的止立 y2 少一dt 尺 =+ k , y + 天) ( 2 - 3 2) 其中: 兀= f 一 九 、几 = c = a p , 5 .系统的数学模型 由( 2 - 9 ) 、( 2 - 2 5 ) 、( 2 - 3 1 ) 联立求解得: y ( s ) = k ._ (一 s ， 一 k ,0 ( v s + 1)f ,a z 4,8,k , v m 4 刀a , v , b k - m, _ 。v k,_ k ,0 b .,、 _ k ,_ k j“ 十( +- 二 - ) j一+( 一 - 止 - 二+十a.) j+- - 二 立 4 p , a e a ,、 4 卢a , a ,，“a 其中 : k ,0 = k ， 十 c 上式为( 2 - 3 3 ) 在 本 文 讨 论 的 电 液比 例 位置 系 统中 ，k , = 0 , b ， 很 小 ， 因 此 y ( s ) k_ _ 、k,_ . v. - ( x一d) 一- - 二 - -( j +1 ) 丸 = a 0,e a , a _ , 4 ,y ,k , ( 2 - 3 4 ) 兰 s + 1 ) s (u, 其中 :co , = 2a , a _ 刀 。 k , m 氛 = k ,0. m f ,+ 长a r a m r v , m ,8 , a 0 a m 0 定义流入比例电磁铁的电流为: i = s ig n ( u ) i , + k , u u#0 i=0u =0 ( 2 - 3 5 ) 设x= k , i = k , . i , s ig n ( u ) + k , . k , u 1 。 = 一 全 生 一 k, . s i g n ( u ) 中南大学硕士学位论文 第二章 静力压桩机机身位置系统数学模型的建立 其中: 1 。 为跳跃比 例阀死区的电流 u为比例放大器的给定电压 由( 2 - 3 4 ) 、( 2 - 3 5 ) 可得: 兰叭 夕甲听 y ( s ) 二 k. _ . v 式 u 一一( 万十i ) / a , a _ 4 八k,a ( 2 - 3 6 ) s+1 ) s 由此，可得系统的开环传递函数: (具十 -2 h s + i)s 0 ) h cvh ( 2 - 3 7 ) k z k 丛呱 _， 、 y ( s ) c i ( s 少 =一 u 2 . 3小结 本章通过对静力压桩机机身结构的受力分析， 运用机理建模的方法， 建立的 该系统的简化数学模型， 为以后章节的控制系统的仿真和实验提供了可参考的 数学模型。 中南大学硕士学位论文 第三章 静力压桩机 自 动调平及同步升降控制系统方案 第三章静力压桩机自 动调平及同步升降控制系统方案 电液控制系统一般可分为开关式控制系统、电液比例控制系统和电液伺服 控制系统。本文所研究的液压静力压桩机电液控制系统采用电液比例控制。它 是介于普通液压阀的开关式控制和电液伺服控制之间的控制方式，它能实现对 液流压力和流量连续地按比例地跟随控制信号而变化，因此，它的控制性能优 于开关式控制。它与电液伺服控制相比，其控制精度和响应速度较低，但它的 成木较低，抗污染能力强，较适合于大功率的工程机械上。近年来，电液比例 控制 在国内 外 得到了 广泛的重视，并有较快的 发展 川 。 3 . 1电 液比 例 控制系统的构成、分类及其工程应 用特点 电液比例控制系统由电子放大及校正单元，电液比例控制单元 ( 电液比例 阀、电液比例变量泵及液动机) ，动力执行单元及动力源， 工程负载及信号检测 处理单元所构成，见图3 - 1 。系统可通过设置液压 ( 压力和流量) 和机械中间变 量检测反馈闭环，或动力执行单元输出参数 ( 压力、力、力矩、位移、速度、 和加速度等)检测反馈闭环改善其静态控制精度和动态品质。信号处理可采用 模拟电子电路、数字式微处理器芯片或微型计算机来实现。 d,e l 1 机 械 液 _压 反 绍 _ 丫 _ _甲 _ 比 例 阀 或. l r _ f_ f !_ 至 _ _ 侧 . 巨 . 压 力 流 m 书 卜执 行 _ u l钩 一一.卜 脸卫9 单 元 卜 一 处元一 号单1 信理一 甲 电气司 闷 - 一 - - 一 一一 一 一 -f 稠 - 图3 一 工电液比例控制系统的构成 电液比例控制系统按有无动力执行单元的输出参数反馈闭环分类，可分为 闭 环控制系统和开环控制系统;按其输入电 信号的不同 又可分为模拟式和数字 式两大类。 中南大学硕士学位论文 第 三 兰哩些塑i89 竺些业些型塑主兰一一一 与传统的液压控制系统相比，按功率调节元件的不同，可分为节流控制系 统和容积控制系统。前者按节流调节元件的工作原理的不同又可分为模拟型和 脉宽调制型两种:后者又可分为液压泵调节和液压马达调节两种。 当然在工程实际中往往是几种控制方式的组合，电液比例控制系统的分 类如图3 - 2 0 电 液比 例控制ff4.r te 充 节 9 9容 f u 控 制 一液压马达 一液压泵 模脉 拟宽 模 扣 控制数 4 4 _ i1 一 并一育一 闭环 一 一- 一其它一 一功率一 一加速及 一速度一 力压位 丫，工 图3 - 2 电液比例控制系统的分类 从工程应用的角度来说，电液比例控制系统有以下特点 ( 1 ) 可以明显的简化液压系统，实现复杂程序控制。 如某系统在工作台启动和制动过程中可实现加速和减速的工况口采用 常规控制元件则需要三组三位四通电磁阀和六个节流阀，为达到三级压力 控制，需要一个三位四通电磁阀和三个压力先导阀，而达到同样控制性能 要求，采用电液比例控制元件则只需一个电液比例方向阀和一个电液比例 溢流阀。可使液压控制系统明显简化。 ( 2 ) 利用电信号便于远距离传输 采用电液比 例控制系统不但可实现有线式或无线式控制， 也可改善主 中南大学硕士学位论文 第三章 朴力压桩机自 动调平及同步升降控制系统方案 机的设计柔性，并可以实现多通道并行控制。 c 3 ) 利用反馈提高控制精度或实现特定的控制目标 3 . 2 静力压桩机升降机构的液压回路设计 本文所研究的液压静力压桩机控制系统的目的是为了达到压桩机机身的自 动调平和升降同步的目的。就静力压桩机而言，其机身升降时要保证四个升降 液压缸同步，如简单地采用液压同步回路是难以甚至无法达到机身自 动调平的 目的。其原因是，工地地面的不平和地面在压桩机的重压之下的下陷，随时都 会造成机身的不平。所以，如采用液压同步控制回路是无法达到我们的控制目 的。为了满足机身升降同步控制和能随时对四个液压缸进行单独的调节来保证 机身的水平，每个液压缸应单独设计成一个液压回路【 。 每个液压回路中设 计 了一个液压锁，以保证液压缸的位置精度。同时，为了达到高精度的位置控制， 采用电液比例方向阀，这种阀的被控参数为流量，内含各种形式的流量检测反 、.-诬一一奋? 一一一一一一一一一二 图3 - 3 升降机构液压系统原理图 1 :液压缸2 :液控单向阀3 :电 液比例方向阀 馈控制闭环，构成流量反馈型阀。其受控流量只取决于输入的电信号，输入的 电流的极性决定了液流方向，阀芯的行程与输入电流的大小成比例，行程越大 则阀口 通流面积和流过的流量也就越大。而与供油压力、负载压力和回油压力 变化无关。该机构的液压系统原理图如图3 - 3 所示。 3 . 3 液压静力压桩机电液比例控制系统方案 中南大学硕士学位论文 第三章 静力压桩机自 动调平及同步升降控制系统方案 静力压桩机进入工作状态时，机身 ( 包括压桩台)由四个升降的液压缸支 撑，使两只短船悬空。机身的水平精度是确保预制桩的施工质量即桩垂直度的 一个重要因素。 我们易知 3 点可确定一个平面， 因此3 个液压缸即可支撑机身， 但考虑到压桩机的整体结构设计和大负载等原因，采用了四个升降液压缸。但 随之而 来的 是机身 升降 的不同 步，同时也增加了 调平的 控制难 度。 此外， 地基 的不平和下陷也会造成压桩机机身的不平。所以为了达到预期的控制目的，必 须采用带反 馈环节的电液闭环控制系统12 0 用于测量所需的反馈电信号的是两个水平传感器和四个线性位移传感器。 其中线性位移传感器是用来反馈升降液压缸的运动位移，从而实现对液压缸的 位置控制和同步控制。而两个水平传感器则是用来测量压桩机机身在纵横两个 方向上的水平倾斜角，并以电压信号反馈给电液控制系统，从而实现静力压桩 机机身的自动调平。 在本电液控制系统中对各种传感器反馈来的信号进行处理和输出各种有效 控制信号到电液比 例阀的处理器是工业控制计算机 ( 工控机) 。带有八 / d 和d / a 转换模块的数据采集卡安装在工控机上，能方便的实现对传感器信号的采集， 同时，工控机通过对各种反馈信息进行分析、处理，得到适当的控制信号并通 过数据采集卡输出到电液比例阀来进行控制。这徉利用工控机的快速计算能力 可达到实时控制的目的。 该电液比例控制系统是对连续变化的信号进行接受和处理，从而使系统的 被控对象按一定的控制规律完成程序或跟踪指令信号的闭环控制系统。从控制 理论来看，它接近于电液伺服控制系统。其电液比例控制系统原理图如图 3 - 4 所示。图 3 - 4是一个由工控机控制的电液比例控制系统，工控机将各种控制指 令和各种反馈信号按规定的控制算法处理后，发出控制信息 ( 即输出到电液比 叮 a/ 一卜 日d / 自 土 l - 一 - 一 r 二 二 机i 大 器 卜刁阀控 缸 i 卜 一 一 机 自 / 刀 位 移 传 感 器1 水 平 传 感 器 1 水 平 传 感 器2 图3 - 4 压 桩 机 机 身 电液 比例 控 制 系 统 原 理图 例阀) ， 以 控制升降 液压缸的动作， 从而对压桩机机身同 步升降 和自 动调平进行 有效控制。这样一来， 大大提高了 控制系统的精度、可靠性和适应灵活性。 中南大学硕士学位论文 第三章 扑力压桩机自 动调平及同步升降控制系 统方案 3 . 4压桩机自 动调平控制策略 我们要对压桩机进行调平，首先就要找出机身在纵横两方向上的倾斜角。 为此在机身上安装一个沿纵方向、一个沿横方向的水平传感器 ( 。、日 水平传 感器) 。水平传感器输出的角度信号为电压信号，经整形放大、a / d 转换，即可 参与机身的调平控制算法。其两个水平传感器在压桩机机身上的安装如图 3 - 0 所示 策略 在自 动调平控制系统的控制软件设计中，最重要的是采取合适的调平控制 。它规定了当 机身不平时，应调整某个或某几个升降液压缸的长度，从而 达到设定的水平精度。本系统的调平控制策略如下: 在机身的纵横方向有倾斜角。 、p 时，如图3 - 6 所示。在调平过程中采用 只升不降的原则。即把最高点作为基准点保持不动，其它各点上升向最高点位 置趋近。调平过程中还存在二级精度r l ， 当某一方向满足二级精度时， 进行单边 调平。当满足条件s = ! 。二 s , 、 , , k , 、 l , k d 。 而 变 参 数p i d 控 制 器 则 是 标 准p i d 控 制 器 加 上 一 个 参 数 修 正 环 节 模糊 参数 整定 器 根据偏差和偏差 变 化率 得到了 三个调 整 值 k , , il k , , l k a 在变参数p i d控制器中，如何调整其三个参数的变化规则如下: k f “ k , ( i + a k , ) ; k , = k , o ( i + a k , ) ; k = k , , ( i + a k , ) ; ( 4 - 3 ) 中南大学硕士论文 第四章 模糊p i d控制豁的设计 通过 所 求得 三 个参数即 可加入p i d控制 器的 控 制运 算。 其 模糊p i d 控制器的 结构方框图如图4 - 2 所示。 模福参数整定器 二 - _= o x 一二 一 f u z z y 推理 人人 ak- - 参数 修正 a x产 模糊p l o 控制器 卜 一 ，- d / d t一 - .卜l 、， - 二 了-二二三 二丁 气 二 图4 -模糊p i d控制器的结构方框图 生2 . 1 p 工 d 控制器参数对系统性能的影响 1 5 1 !6 4 . 2 . 1 . 1 比 例控制k 。 对系统性能的影响 ( 1 ) 又 寸 动态特性的影响 ti : p t o 控制器中比例控制k 。 加大， 使系统的动作灵敏， 速度加快， 一 “ 太大 、 一 .j 旦止 挤 二三 二上 二 = 异 兰 会 f 舌 t q 小 图 4 一 3 不同 k ， 对系统性能的影响 士 小 当k 。 太大，系统会趋于不稳定:当k 。 太小，又会使系统动作缓慢。具体 如图4 - 3 中( a ) 、 b )所示。 t 2 ) 对稳态特性的影响 加大比 例控制k 。 ， 在系统稳定的情况下，可以 减小 稳态误差e s s , 提高控制 中南大学硕士论文 第四章 模糊 p i d控制器的设汁 精度， 但是加大k , 只是减小e s s ， 而不能完全消除e s s 。如图4 - 3 中 ( c ) . ( d ) . ( e ) 所示。 4 . 2 . 1 . 2 积分控制k : 对系统性能的影响 积分控制k 【 常与k , 或k 。 联合作用，构成p 工 或p i d 控制。 ( 1 ) 对动态特性的影响 k . 通常使系统的稳定性下降， k 【 太大系统将不稳定: k偏大， 振荡次数较多: k ! 太小，对系统动态响应的影响减小;当k : 合适时，过渡过程特性较理想。 ( 2 )对稳态误差的影响 k , 能消除系统的稳态误差，提高控制精度，但若 k 太小时，积分作用太弱， 以至不能减小稳态误差。 太 大偏 大 二: 合 适偏 小 任: 太小 图4 - 4 不同k系统性能的影响 4 . 2 . 1 . 3 微分控制k 。 对系统性能的影响 微 分 控 制 可 改 善 系 统的 动 态 特 性， 阻 一上 偏 差的 变 化， 如 超 调 量q , 减小， 调节 时间t , 缩短， 允许加大比例控制， 使稳态误差减小， 提高控制精度， 当k , 偏大时， 超调 量6 ， 较 大， i s 较 长;当k 。 偏小 时， 超 调 量二 。 也 较大， i s 也 较长 。 中南大学硕士论文 第四章 摸糊 p i d控制器的设计 偏 大 人 一: 合 适二一: 偏 小 图4 - 0 不同k 。 对系统的性能的影响 4 . 3参数调整规则的探索12 4 1 12 5 12 6 1 通过对p i d控制理论的认识和长期人工操作经验的总结， 可知p i d参数应依 据以 下几点来适应系统的动态过程。 1 . 在偏差比 较大时， 为使尽快消除偏差， 提高响应速度， 同时为了避免系统 响 应出 现 超 调， k r 取 大 值，k ， 取零; 在 偏 差比 较小 时， 为 继 续 减小 偏差， 并 防 止 超调 过 大 、 产 生 振荡、 稳定 性 变 坏， 凡值要 减 小， k ， 取 小 值; 在 偏 差 很小 时 ， 为 消 除 静 差， 克 服 超调， 使 系统 尽快 稳 定 ， k , 值 继 续 减小， k ， 值 不 变 或 稍取大 。 2当偏差与偏差变化率同号时， 被控量是朝偏离既定值方向变化。因此，当 被控量接近定值时，反号的比例作用阻碍积分作用，避免积分超调及随之而来的 振荡，有利于控制;而当被控量远未接近各定值并向定值变化时，则由于这两项 反向 ， 将会减慢控制过 程。 在偏差比 较小时， 偏差变化率与 偏差异号时，凡值 取零或负值，以加快控制的动态过程。 3 . 偏差变化率的 大小表明 偏差变化的 速 率， e c越大，凡 ， 取 值越小，k ， 取 值越大，反之亦然.同时，要结合偏差大小来考虑。 4 . 微分作用可改善系统的动态特性，阻止偏差的变化，有助于减小超调量 s , ， 消 除 振 荡， 缩 短 调 节 时 间 t ， 允 许 加 大凡， 使 系 统 稳 态 误 差 减 小 ， 提 高 控 制 精 度， 达 到 满 意的 控制效 果。 所以 ， 在e 比 较 大 时， k 。 取 零， 实 际 为p i 控制 ; 在e 比 较小 时， k 。 取一正 值， 实 行p id 控制 。 4 . 4模糊参数整定器的设计 模糊p i d 控制器是整个控制系统获得良 好控制性能的关键所在。 而模糊参数 整定器则是模糊p i d 控制器的核心部分。 模糊参数整定器设计的好坏将直接影响 整个系统控制的动态与静态性能。 中南大学硕士论文 第四章 模糊p d控制器的设计 该 模 糊 整 定 器由 两 个 输入e , e c 和三 个 输出 k p , l k , , o k ， 设 在偏 差 论 域e 和 偏 差 变 化论 域e c 上及 参数 k , , o k , , a k 。 分别 定 义了7 个 模 糊子 集p b( 正 大) ,p m( 正中) ,p s( 正小) ,z e( 零) .n s( 负小) ,n m ( 负中) ,n b ( 负大) ， 其中e c的论域为 - 1 0 ， - 8 ， - 6 ， - 5 ， - 4 ， - 3 ， - 2 ， - 1 , 0 , l , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 8 , 1 0 ， 其它采用归一化论域 - 1 ， - 0 . 8 , - 0 . 6 , - 0 . 4 , - 0 . 2 , 0 , . 4-6 06- 04一 0二 0264 053 场 e 及 参数k , 、 l k , 、 o k 。 的 隶 属 函 数 0 . 2 , 0 . 4 , 0 . 6 , 0 . 8 , 1 ， 为了使控制算法简单， 隶属度函 数均采用三角形对称的全 交迭函数。如图4 - 6 ，图4 - 7所示。 u:异令1j y v v 4 _2 c. - 图4 - 7 e c的隶属函数 由 此我们可得模糊变量的不同等级的隶属度值。如表4 - 1 和表4 - 2 a 表4 - 1模 糊变量e 和参 数 k p 、 l k , 、 o k 。 的 不 同 等 级隶 属 度 值 去 玉 脚 一 t - 0 . 8 - 0 . 6 卜 - 0 . 4- 0 . 20 0 . 20 . 4 0 . 60 . 8 l p b 0 00 0000 000 . 4 1 p s t 0 00 0000 0 . 2 0 . 80 . 60 p s 0 00 000 0 . 60 . 8 0 . 200 中南大学硕士论文 第四童 模糊p i d控制器的设计 z g00 000 . 4i0 . 40000 s0 00 . 20 . 80 . 6000 000 琳0 0 . 60 . 80 . 20000 000 n bi0 . 4 00000000 0 表 4 - 2模糊变量 e c不同等级隶属度值 么 一1 0一 8一 6 一 4- 2024681 0 p b0000000000 . 41 i m00000000 . 20 . 80 . 60 p s0000000 . 60 . 80 . 200 z e00000 . 410 . 40000 n s000 . 20 . 80 . 6000000 n m00 . 60 . 80 . 20000000 n 日10 . 4000000000 以上这些解决了 模糊化接口 和解模糊化中论域变换的问题。以 下就是建立 模糊控制规则。模糊控制规则的建立是非常重要的，规则是否正确地反映操作人 员和有关专家的经验和知识，是能否适应被控对象的特性， 直接关系到整个控制 器的性能和控制效果。 本模糊p i d 控制器的规则是基于总结操作人员， 领域专家、 控制工程师的经验和知识得来的。 在上一小节中， 分析了p i d 三个参数对系统静 态和动态响应特性的 表4 - 3 模 糊 控 制 规 则1 ( 4 k , / o k , / a k ) n日nmns i z e i p sp mip 日 ecpa 一 i zrm m irsns m/ p s n s / p b / z e i n m/ p b / z enm/ p b/ zf n m p s / z e pm i p s / p b/ nbze / p s / nb n s / p s / n m i n m/ p s i n snm/ p s / nm p s】p m/ zp j nb p s / zf j nbz e / z e / n m i n s / z e / n s nm/ ze / nm 中南大学硕士论文 第四覃 模糊 p i d控制器的设计 ze p b / ns n sp m/ ns / nsp s / ns / ns ns / ns / n sn m/ n s / n s nm/ ns / z enm/ zf /nm nsp b / zf jnbp .m/ zf e nbp m/ ze / nm p s / z f j nsze / ze f nmns / ns / n m ns / ns n m 一 nmp bf p l l / nbp b / p s i nbp m/ p s / nm pm/ p s /n sp s / p s / n mz e / p s / nm z,/ps/nm nb p b / p n up sp b / p b / p s p m/ p b / z ep m/ p b / zep s / p b / z e z f j p 0 / p s乙e / p m/ p s 影响，并归纳总结出具体的控制规则。同时由于在位置同步控制中主控制器和从 控制器的不同而设计不同的控制规则，以适应控制系统的需要。其具体的控制规 则表如表4 - 3 和4 - 4 所示。 以上表4 - 3 为自 动调平和同步控制中得主控制器的模糊规则表， 而表 4 - 4 是 同步控制中从控制器的模糊控制规则表。 然后， 根据上述的模糊控制规则， 可得从误差论域e 和误差变化率论域e c 到 参 数 k , , a k , , o k 。 的 模 糊关 系用r v , r , r d 来 表 示。 并 可知 论 域 是 有限 的， 可以用矩阵来表示这种模糊关系。有式4 - 0 , 4 - 6 , 4 - 7 可得 r p , r , r d , 表4 - 4 模 糊控制规则2 ( a k , / 4 k , / a k , ) nb nm 一 一 一 万 sp m p b p 日z e j p m/ p s ns i p n u p sns i p b / z en m/ p b / z enmi p b / z e nmi p s i p s nm/ p s / z e 一 p mp s / p b 八 日ze l p s / nbns / p s / nm nm/ p s / nsn l u p s / n m nm/ z e / ze 一 nm/ p s / nm p sp m/ ze洲日p s / z e i nb ze / zf i nmns / zf / nsnm您dnm nm/ ns / ze n m /z e /n m 一 z ep b ns n sp mi ns nsp s i n s i n s n s i p s i p sn m乃 j s 用mn mi n s i z e nm z e i nm nsp b / ze j nb p m亿 bn 日p m/ ze / nmp s / zf i ns2夕 z e mm ns n s n mns n s n m nmp b / p b / nbp 日 / p s 户 n bp mi p s / nm p m/ p s / ns 一娜 p s / p s / n m z f / p s / nm乙e i p s / nm nbp b i p mi p sp b i p b i i sp n j p bi z ep m1 p b i z ep s i p b i z e z f j p s i p s2up mi p s 表2 - 5 q k , 模糊控 制查询 表 么 一 i- 0 . 8- 0 . 6- 0 . 4- 0 . 200 . 20 . 4 0 . 6 0 . 8i 00 0- 0 . 2- 0 . 20 . 2- 04- 0 . 4一 。 . 6一 。 石 0 . 8一 。8 800- 0 . 2- 0 . 2- 0 . 2- 0 . 40 . 4- 0 . 6 一 。 . 6一 。 . 8- 08 60 . 20 . 200- 0 . 20 . 4- 0 . 4 - 0 . 6- 06 - 0 . 8- 0 . 8 中南大学硕士论文 第四帝 摸糊 p i d控制器的设汁 40 . 20 . 2 00- 0 . 2- 04- 0 . 4一 。 石一 。6- 08- 0 . 8 ， 0 . 4 0 . 40 . 2020- 0 . 2- 0 . 2- 0 . 4- 0 . 4- 0 . 6- 06 00 . 80 . 80 . 60 . 60 . 2- 0 . 2- 02- 04- 04- 0 . 4 - 04 - 20 . 80 . 80 . 60 . 60 . 40 . 2 0- 0 . 2一 。 之- 02- 02 - 40 . 80 . 8 .0 名0 名 0 . 6 一 0 . 6 0 .20000 - 60 . 80 . 80 . 80 . 8 0 . 60 . 6。 之0000 - 8l10 . 80 . 8 0 . 60 . 6o20000 一 1 0ll0 . 80 . 8 0 . 60 . 6020000 r , = 日 ( a , ( e ) x b k ( e c ) x c ,; ( “。 ) ) ( 1 1 - 5 ) 4 x =i49 r ， 一 日 ( a ( e ) x b . ( e c ) x (. e. ( 4 k , ) ) r 。 二 日 ( a ,r ( e ) x b ; ( e c ) x c k ( “。 ) ( 4 - 6 ) ( 4 - 7 ) 其中，a , b , c 分别为误差、误差变化率和输出量的模糊集合。 在模糊推理中，采用 m a 耐a n i模糊推理法。 三个参数的模糊判决值采用加 权平 均 法， 离 线计算出 模糊输出 量查询表， 控制量a k 尸 模 糊 控制 查询 表如表小石 所示。其它的模糊控制查询表略。 4 . 5变参数p i d 控制器参数的整定 p i d 参数的整定任务主要是确定p .i d 控制算式中系数k , , k , k 。 采样周期f 。 对 于一个结构和选用控制算式一定的系统， 控制系统的稳定与否， 控制质量的好与 坏，主要取决于选择的一组参数是否合理。但是，对于一定的 系统，合理的参数 组并不惟一。p i d 参数的整定是一项非常细致的工作。 1 .采样周期 t的选择 对于本电液比例控制系统， 由于对控制精度要求比较高， 根据实际的经验， 采 样周期取为0 . 1 秒。 2 .凑试法确定p i d 参数 通过模拟或闭环运行，观察系统的响应曲线，根据各参数对响应曲线的 大致作用，凑试参数、观察结果，直到取得满意的响应曲线，确定各p i d 参数。 各参数对系统响应曲