多轴系统同步控制技术研究分解

多轴系统同时控制技术研究摘要：本文重要介绍多轴系统的同时控制技术。首先介绍了多轴系统的产生因素和同时控制的概念，然后结合两者介绍了多轴系统中同时控制技术的发展及其在数控系统中的应用状况。另首先，具体叙述了多轴系统同时控制的控制机理，分析了同时控制的基本理论。基于控制机理，介绍了五种惯用的同时控制方略，剖析了多个办法的优缺点及合用场合。最后，简要介绍了多轴系统中同时控制惯用的控制算法。核心字：多轴系统，同时控制，控制机理，控制方略，控制算法Abstract：Thisarticlemainlyintroducessynchronouscontrolskillinmulti-axissystem.First,itexpoundsthereasonsofdevelopmentofmulti-axisandtheconceptofsynchronouscontrol,andthenintroducesthedevelopmentofsynchronouscontrolinmulti-axissystemandapplicationinCNCsystembycombiningmulti-axissystemwithsynchronouscontrol.Second,itexpoundsthecontrolmechanismandbasictheoriesofsynchronouscontrol.Basedoncontrolmechanism,thisarticleintroducesfivecontrolstrategymethods,anddiscussestherelativemeritsofeachmethod.Atlast,itpresentsthecontrolalgorithmusedinsynchronouscontrolofmulti-axis.KeyWord：multi-axissystem,synchronouscontrol,controlmechanism，controlstrategy,controlalgorithm自1952年美国麻省理工学院研制成功第一台数控系统，数控技术通过半个多世纪的发展，在机械行业中得到了广泛的应用。随着电子技术和控制技术的飞速发展，当今的数控系统功效非常强大，数控系统的应用也日趋完善，大大的缩短了多个机械装置的生产周期，提高了机械加工效率和加工精度，改善了产品质量。造纸、纺织、钣金加工等行业的发展，传统的单轴驱动技术由于存在下列局限性而难以满足这些领域内的应用需求：首先单运动轴系统的输出功率存在上限，无法应用于对功率需求较大的场合；另首先，使用单运动轴驱动大型对称负载，往往会造成两端负载的驱动力不一致，从而对加工质量和设备使用寿命产生不利影响。为解决单轴系统的多个缺点与局限性，多轴控制技术应运而生。当执行元件之间存在着一定的约束关系的时候，就需要采用适宜的速度、位置方略对各执行器的运转进行同时控制。近年来伺服控制技术的飞速发展，多轴同时系统更是得到了广泛的应用。所谓同时控制，就是一种坐标的运动指令能够驱动两个电动机同时运行，通过对这两个电动机移动量的检测，将位移偏差反馈到数控系统获得同时误差赔偿。其目的是将主、从两个电动机之间的位移偏差量控制在一种允许的范畴内。1.多轴系统同时控制技术发展多轴系统同时控制技术是一门跨学科的综合性技术，是电力电子技术、电气传动技术、信息技术、控制技术和机械技术的有机结合，它的发展与其它有关技术的发展是亲密联系在一起的。电力电子技术、电气传动技术、控制理论和办法的飞速发展增进了多轴系统同时控制的快速发展，多轴系统同时控制技术能够获得良好的控制效果，能够获得满意的控制精度和工作稳定性，在工程实际中得到了广泛的应用，解决了诸多工程中的实际问题，获得了巨大的经济效益和社会效益。多轴系统的同时控制最初采用的是非耦合控制。这种同时控制方略针对的是单个运动轴，各个运动轴互相独立，与其它轴没有任何的关联。在这种控制方略中，如果系统中某一运动轴由于扰动等因素，其负载或者速度将会发生变化。但由于各运动轴互相独立，彼此之间没有影响，这种变化并不能在其它运动轴上得以反映以减小同时误差。因此，单轴的扰动势必会影响控制系统的协调性能。由此看来，非耦合同时控制这种控制方略并不能确保系统同时误差的减小，只能通过设计优良的控制器尽量使某些轴的单轴跟随误差减小。在这种状况下，Koren于1980年提出了交叉耦合赔偿控制方略（普通将系统中某一运动轴的输出进行某种变换后作为其它轴的参考输入来实现交叉耦合），该同时控制方略通过耦合系数将各运动轴的跟踪误差以及同时误差耦合成各轴的同时控制信号，作用到各轴的控制器，对同时误差进行赔偿，以此达成同时的目的。至此，多轴协调控制成为了研究的热点，许多科学研究者针对多轴协调控制理论展开了进一步的研究。Kulkami和Srinivasan对交叉耦合赔偿控制方略进行了具体的分析，并与1989年提出了最优控制方案。由于传统的PID构造简朴、调节方便、稳定性好，在多电机的控制中得到了广泛的应用。随着含糊控制、神经控制、自适应控制、前馈控制等控制技术的不停深化发展，这些控制技术在数控系统的伺服控制上得到了极大的发挥。但由于对于多电机同时控制过程中存在时变性、对象不拟定性、非线性以及随机干扰等现象，PID控制很难得到精确的控制成果。因此由于PID本身的特性，只在精度规定不高的被控对象中得到了广泛的应用。近年来，除了使用传统的PID控制外，许多科学研究者将当代控制理论，如鲁棒控制、含糊控制、神经网络、模型参考自适应控制等，应用到多轴系统的同时控制中。事实证明获得了较好的效果，进一步提高了系统的性能。除此以外，研究人员将传统的PID控制技术与智能控制技术相结合，得到了诸多新型多轴系统的同时控制办法，如含糊PID控制办法、PID神经网络等，大大提高了同时控制的精度。随着工业的发展，越来越多的场合用到了双轴或多轴控制系统。为了满足双轴驱动时同时控制的需要，国外的各大数控系统生产商都主动的开发出了自己的含有双轴同时控制功效的数控系统。国外的数控技术来源早，在技术方面远远领先于国内，像德国的西门子、法国的NUM、日本的FANUC等早已实现了双轴的同时控制，并在实用中获得了良好的效果。比较典型的机型有20世纪90年代推出的西门子840D/810D，法国的NUM1040M以及日本FANUC的FANUC-15i。它们通过对参数的设立，来拟定需要同时的双轴以及双轴的主从之分，并且通过设立参数来给定双轴不同时的最大极限值以此来保护机床。下面分别对上述三种类型数控系统的同时控制办法加以阐明。西门子840D/810D的双轴同时西门子840D/810D实现双轴同时功效时，重要分为三个环节：第一步：主动轴回零。主轴回参考点，从动轴跟随主轴同时运行，直到主轴达成参考点。第二步：从动轴回零。主动轴达成参考点后，从动轴自动回参考点（内部自动起动），此时主动轴跟随从动轴运动。全部的同时轴回到参考点后，然后对主动轴与从动轴的位置进行比较，如果差值不不不大于报警极限控制系统，开始同时过程强制连接，如果差值不不大于报警极限，则控制系统不会自动开始同时过程，并输出等待同时起动信息，等待操作员起动同时解决，再次起动。第三步：同时解决。主动轴和从动轴的赔偿功效被激活，时刻监视双轴的运行状态，并及时进行赔偿。NUM1040M中的双轴同时NUM1040M数控系统在解决同时时与西门子的比较相似，只是在解决同时赔偿时比较简洁。直接将主、从动轴的差值在下一种插补周期时叠加到从动轴的输出上，简化了一系列的复杂的运算。NUM的独特之处在于其向顾客展示的各项参数，含有很强的开放性，对P参数的设立是其开放性的特性之一，NUM1040M系统中共有115个P参数，通过修改P参数就能够实现对控制系统的配备。顾客可在NUM专用软件的环境下，方便、快捷的通过P参数对系统进行配备与调节，亦可不借助任何软件及工具，在线修改P参数。NUM系统中，双轴同时控制的功效也是通过设定P参数实现的。FANUC-15i中的双轴同时其同时的建立有两种方式：基于手动返回参考点上的同时建立；基于机床坐标系的同时建立。即使国外诸多数控系统供应商推出了各自的含有双轴同时控制功效的数控系统，并且在市场上尚有不错的体现，但是，这并不代表在现有的基础上双轴同时控制的研究就达成了完美的境界，这里面还是存在诸多问题值得探讨的。开发含有双轴同时控制功效的数控系统周期长，在进行高速高精控制时，双轴的反馈以及反馈的解决一定要及时，这对数控系统本身就有很高的规定。对于国产众多数控系统来说，由于其插补周期的限制，在数控系统上进行双轴同时控制技术的突破，颇有难度。随着电子技术的发展，伺服驱动的功效也日益强大起来，如果能将双轴同时控制的功效整合到伺服驱动中，这样，不仅减轻了数控系统的负担，并且使得反馈回来的同时数据的解决更加迅捷，在控制高速高精机床时更含有优势。2.多轴系统同时控制机理多轴系统是非线性、强耦合的多输入多输出系统。多轴系统同时控制的重要性能指标有：速度比例同时；位置（或角度）同时；绝对值误差不大于某限幅值。多轴系统的同时运行关系普通分为下列几类：规定多轴系统的同时运动含有相似的速度或位移量在瞬态或稳态都能够保持同时，这是普通将的侠义上的同时，也就是最简朴的同时控制。以常见的双轴系统为例，该种状况下角位移同时误差Δθ可由下列公式求得： (1-1)其中θ1、θ2、ω1、ω2分别为运动轴1和2的角位移和角速度。由公式(1-1)可知，若在某个阶段Δω始终为零，则Δθ也为零。但假设系统由于外界干扰等因素造成Δθ发生变换，为消除该同时误差，必然规定两个轴以不同的速度运动，从而使得Δω偏离零点，即产生速度误差。由此能够看出，即使在多数状况下系统的位置同时需要有速度同时作为前提保障，但在某些时刻，为了实现位移同时，就必须牺牲一定的速度同时性能，此时两者呈现互相制约的关系。规定多轴系统中个运动轴以一定的比例关系运行。在实际多轴系统中，有些场合并不一定规定各台电机的速度完全相等，而普通的状况是规定各台电机之间能都协调运行。假设系统中运动轴1、2的输出角速度为ω1、ω2，那么它们之间应当保持以下关系才干满足这类同时控制的需求： (1-2)此处a即为速度同时系数，通过对该系数的在线设定和修改，便能够实现系统在多个不同场合下的同时运动，这便是广义上的同时概念。另外，尚有一种为了特殊的工艺规定，它不是规定各个输出单元的速度保持一定的比值关系，而是规定能够在不同速度下仍保持恒定的速度差。现在，确保多轴系统同时运动的惯用办法重要分为两大类：机械方式和电气方式。机械同时方式重要有机械总轴同时控制，而电气同时方式重要有主令参考同时控制、主从同时控制和交叉耦合同时控制等。机械同时方式机械构造固定，但是构造复杂，噪声大，灵活性差，传动范畴和传动距离小，单元负载小，系统成本高。电气同时方式同时性高，抗干扰性好，克服了机械方式的种种缺点，但是由于算法的不同，多个控制方式都有不同的缺点。随着电子技术、计算机技术等的发展，电气同时方式在诸多场合都取代了机械同时，已经广泛应用到各机械行业中。2.1机械式同时控制机械式同时出现较早，其控制方略相对于其它控制方式而言比较简朴。重要通过在运动轴之间添加物理连接实现。该办法往往使用一台大功率电机作为驱动力的来源，并通过齿轮、链条、皮带等机械构造来实现能量的传递。变化这些机械传动环节的特性，就能够使整个系统的传动比、转速等参数产生对应的变化。在工作时，如果某个从动轴的负载受到了扰动，该扰动将会通过机械环节传递给主轴电机，变化主轴的输出。由于主轴和从轴之间均存在机械连接，因此其它从动轴的输出也会发生对应的变化，从而起到同时控制的效果。机械式同时控制系统中，同时的机制是各个分区紧密地胶合在一起，使得各个分区的运转犹如一种整体。这种方案的优点就是能够较好地确保个单元之间的同时关系。但是实现这种胶合的方式是通过机械方式实现的，因此带有机械系统的固有局限性，重要有以下局限性之处：由于机械式同时普通只使用单一的动力元件，造成各从轴所分派到的功率相对较小，限制了各从动轴带动负载的能力；机械同时系统中的传动环节普通采用接触式连接，工作时所产生的摩擦不仅会造成传动能量的损耗，还会磨损传动零部件，影响同时性能，缩短系统的使用寿命，不利于维护保养；由于采用机械式连接，该种同时办法的构造比较固定，参数不易调节。若需要对其做出修改，则必须增加或者移去某些机械零部件，操作较为繁琐。另外机械连接也会受到长度上的限制，难以实现远距离的同时控制；该同时方式本质上式开环控制，在多轴且偏载大的系统中纠偏能力差，同时控制精度低；机械总轴极易出现振荡现象。普通来说，机械总轴系统中的粘性系数很小，致使传递函数中的振荡环节极易出现共振现象（机械谐振）。如果谐振频率较低，会影响系统的稳定性。并且在机械系统中，该阻尼系数无法调节，因此很难获得预想的动态性能。2.2电气式同时计算机控制的发展、功率电子器件和高性能伺服电机协助人类摆脱了机械齿轮传动的束缚。以此，科研人员提出了电气式同时控制办法，有效的解决了机械式同时所存在的问题。系统中每个运动轴能够使用单独的电机提供能量和力矩，用电子通讯模拟齿轮组的机械联系，将速度、位置关系的向前传递和力矩的向后反馈以电子讯号的方式分别实现。但是这两个方面之间的联系容易被无视。实际生产中的负载常有的不对称性，会破坏整个系统的协调。结合电子啮合方式灵活性，针对在实际中的不同问题，采用适宜的方法能够改善多轴运动控制系统的性能。电气式同时控制重要由一种核心控制器以及与其相连的若干个子单元构成，每个子单元都有一种独立电机来控制对应运动轴。设计人员通过编写对应控制程序，使得各子单元在核心控制器的协调之下工作，控制对应运动轴同时运行。由于每个轴都由单独的电机驱动，因此该种办法带动负载的能力有了明显提高，且简化了设备的机械构造，能够实现精度更高，同时性更加好的控制。电气式同时同时也涉及到了诸多学科的综合知识，如驱动器、控制器、检测器、总线、控制算法等。即使较为复杂，但该办法含有巨大的发展前景，能够在各个领域内广泛应用。3．多轴同时控制方略通过长久以来的发展，国内外科研人员对于同时控制方略的研究获得了长足的进步，并将其广泛应用于工程实践中。对于电气式同时中所使用的控制方略，普通可分为非耦合式与耦合式两大类。现在常见的同时控制方略有下列几个：主令参考式同时、主从式同时、交叉耦合式同时、偏差耦合式同时、虚拟主轴同时。3.1主令参考式同时控制主令参考式同时又称并行式同时，它是最简朴直观的一种同时方略，其构造如图3.1。在该方案中，全部运动控制器的输入来自于同一种信号，即主令参考信号ω*。每个运动轴在该信号的控制下并行工作，互不相干。如果其中一种轴受到扰动，由此产生的同时误差只能通过该轴本身的调节来减小，其它轴并不会对其做出响应。图3.1主令参考式同时采用主令参考式的同时控制系统优点在于启动、停止阶段系统的同时性能较好，每个被控对象之间的互相作用最小，响应速度快，系统稳态性能稳定。但是整个系统相称于开环控制，当运行过程中某一轴受到扰动时，电机之间将会产生同时偏差，同时性能很差。现在主令参考式同时控制在冷带轧机、液压飞行仿真转台等诸多设备中得到广泛应用。3.2主从式同时控制主从式也称为串联式，将运动轴划分成主轴和从轴，如图3.2。其中从轴的参考输入信号来自于主轴输出，从而达成同时的目的。由此可知，一旦主运动轴因负载扰动而变化速度，从轴能够对其做出对应的调节，以此来减小同时误差。但是，当从运动轴受到扰动时，主轴却不会对其有任何响应，造成同时误差得不到及时修正。与此同时，这种主从模式也会造成从轴的运动在时间上滞后于主轴，因此存在一定局限性。这种同时控制方略应用在对速度或者位置的同时精度规定不是很高的工业生产中。图3.2主从式同时多轴系统的主从式同时控制能够通过软件和硬件方式实现。图3.3和3.4为分别采用软件和硬件实现的主从控制方式的构造图。图3.3软件主从控制方式采用软件主从方式时，分别对各个回路进行控制，再将各回路的位置反馈信号通过系统解决后将赔偿量送入从动轴，这种方式对应快速，能及时地调节双轴的不同时状态，但由于解决的数据量大，相对来说给系统造成了一定的负担。图3.4硬件主从控制方式采用硬件主从方式时，前一级的输出信号将直接给下一级回路，从动轴的调节由伺服来完毕，系统只需在插补周期结束时发送一定的数据即可，系统的负担减轻了，但是由于信号从第一级传到第二级时有一定的延时，并且伺服调节也需要一点时间，这就使得真个系统的响应速度变慢，当机床的速度很高时，极易造成事故。因此，两种控制方式要根据实际状况的不同有所取舍。湖南师范大学提出了一种采用了主从构造的高精度液压举升机同时控制系统方案，如图3.5所示。系统中采用主动缸的位移作为抱负参考值，以两个缸的位移差为输入信号，采用从动缸跟随主动缸的运动方式。仿真成果表明该控制系统含有较好的同时精度。图3.5主从式液压举升机同时系统3.3交叉耦合式同时控制该控制方略最初由Koren在1980年初次提出，并将其应用于双轴平台的控制中，其构造如图3.6所示。图3.6交叉耦合式同时交叉耦合式同时控制中，每个轴的运动不仅与输入的参考命令有关，并且也与其它运动轴的运动有关系，从而实现运动轴之间的互相“协作”，并最后实现轴之间的同时运动。当系统出现同时误差时，该方案可对两轴分别进行赔偿，从而对误差起到良好的克制作用。该办法引入通过误差反馈的思想，在各运动轴之间建立了耦合关系，因此相比非耦合同时方案能够实现更加好的同时控制性能。但由于引进了轴间参数耦合，使模型在计算机中实现非常复杂，并且尚有可能造成系统整体稳定性变差，不合用于运动轴数不不大于二轴的系统。3.4偏差耦合式同时控制偏差耦合同时方案由Perez-Pinal等人提出，该方案合用于轴数不不大于二的多轴系统。其基本思想是将某一台电机的速度反馈同其它电机的速度反馈分别作差，然后根据各电机转动惯量比值拟定速度赔偿量。该办法能够方便地扩展至3台或以上的多电机同时控制，并且有效地减小了电机输出转矩的抖动。该方案对交叉耦合控制进行了扩展，能够根据同时状况，动态的分派各轴的速度赔偿信号。偏差耦合式同时构造如图3.7所示，该方案重要由信号混合模块、信号分离模块和速度赔偿器构成，其中，ω*为参考角速度信号，ωn（n=1,2,3…）分别为各运动轴输出角速度。在运行时，首先由赔偿器求出所控制的运动轴与其它轴的转速差，然后将其通过赔偿算法解决后相加，作为该轴的转速赔偿信号ωcn。由于偏差耦合方案把全部运动轴之间的偏差值作为赔偿输入量，确保了每个轴都可得到足够的同时误差信息，使得各轴均能够根据本身及其它轴的运动状况进行同时调节，因此含有较好的同时性能。图3.7偏差耦合式同时3.5虚拟主轴同时控制虚拟主轴（VirtualShaft）的控制理念最初由RobertD.Lorenz提出，当时的名称为相对刚度运动控制（RelativeStiffnessMotionControl）。该方案在主从式同时的基础上，将从轴的驱动力矩反馈至主轴控制回路中，实现了主轴与从轴之间控制信号的耦合反馈。随即，KevinPayette明确提出了虚拟主轴的概念，通过模拟机械主轴式同时方案的特性，为反馈力矩赋予了物理意义，在各运动轴间建立了联系。虚拟主轴同时控制方式是基于电子虚拟轴技术的一种同时控制方式，虚拟主轴同时控制的构造与主从式同时控制构造较为相似。在虚拟主轴同时模型中，传动系统中每根机械辊轴均由单独的伺服电机驱动，各从轴接受来自主轴的输出信号作为其给定信号输入。但是这里的主轴不再是实际的伺服电机驱动的机械轴，而是基于控制系统中的虚拟主轴功效建立起来的一根电子虚拟轴，电子虚拟轴能够按照设定的速度仿真实际轴进行运转。因此，电子虚拟轴同样能够作为是整个系统中的主轴，即虚拟主轴，其控制构造如图3.8所示。图3.8虚拟主轴同时控制方式构造图虚拟主轴的同时系统中，将传动系统中的机械辊均作为从轴，在控制周期中它们同时接受虚拟主轴的控制信号，并根据各轴与虚拟轴速度关系比进行变换后得到的信号作为各轴输入给定信号，各从轴跟随给定信号进行闭环控制，从而使各自的输出均准备无误地跟随虚拟主轴信号，这样就能够实现整个系统中各轴的同时运动控制。虚拟主轴控制与主从式同时控制相比，由于前者的主轴为电子虚拟轴，从而能够有效地克服系统中各轴的指令时间差。但是，虚拟主轴同时模型同样没有在主从轴之间建立反馈关系。因此当某一从轴的出现干扰后对其跟随性能的影响，不会反映到主轴或其它从轴上，这样也可能会造成该从轴间的失步甚到使整个系统同时控制失效。4．多轴同时控制算法现在，有诸多控制办法被应用于多轴同时控制方略中。其中，最为常见的是传统PID控制，涉及P控制、PI控制、PD控制及PID控制。由于它含有简要的工作原理、意义明确的控制参数，并且在大多数控制应用中能够获得较好的效果，因此得到了广泛应用。对于智能控制办法，如含糊控制、神经网络、滑膜变构造控制等，也在同时控制领域内受到越来越多的关注。4.1常规PID控制按偏差信号的比例、积分、微分（PID）进行控制是历史最久、使用最普遍的控制方式。即使现在有越来越多的新型控制方式随着技术进步而被提出，但在实际控制应用中，仍有超出90%的场合会使用传统PID控制。在PID控制器中，比例环节的输出正比于偏差信号，用于消除偏差；积分环的节输出正比于偏差积分值信号，用于消除系统静态误差；微分环节的输出正比于偏差变化率的信号，用于加紧调节速率，缩短过渡时间，减少系统超调。如果对这三个环节进行适宜组合，就可获得快速、精确、平稳的控制效果。设计PID控制器的核心问题在于如何对比例、积分、微分系数进行整定。随着微机技术的迅猛发展，实际多轴系统控制大多数采用数字PID控制器。其中经常釆用的有位置式和增量式PID控制算法。计算机控制是一种采样控制,它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此，持续PID控制算法不能直接使用，普通还需要采用离散化的办法。在实际多轴系统中，由于多个各样的条件限制，为了提高控制精度，研究人员并不单纯地使用PID控制算法，往往根据需要加以适宜的变化，例如积分分离、变增益PID控制、不完全微分PID控制算法等。在普通的多轴系统同时控制中，往往没有充足考虑驱动器饱和的影响。在实际应用中驱动器都有一种最大输出力矩，超出该最大程度的力矩都将被限幅输出，这样会严重影响系统的控制品质，减少同时控制精度。基于上述因素，Saberi等人将输入受限理论运用到线性系统中，提出了饱和PD加重力赔偿的全局渐进控制器的办法。有些研究人员在以上基础上提出了输入受限饱和比例—微分（SPD）加位置同时误差的同时控制器和输入受限饱和比例—微分（SPD）加前馈赔偿同时控制律的控制算法。另外，为了减少系统的振荡，采用外推法鉴别同时误差的变化趋势，方便预先预计赔偿值。PID控制实际是一种线性控制规律，同时也含有传统控制理论的缺点，因此仅在控制简朴的线性单变量系统时有较好效果。对于多变量、非线性、强耦合的复杂系统，由于其运行状况多变，且系统参数含有时变性，如果对其使用PID控制，则难以获得适宜的控制参数。因此，对于先进智能控制技术的研究和应用，不停提高改善系统稳态精度、动态响应能力、抗干扰性以及对参数变化的自适应性是一种必然趋势。随着当代控制理论、智能控制的研究和应用的发展，为控制复杂过程系统开辟了新途径。近年来，为适应复杂的工况和高指标的控制规定，出现了PID控制器参数的自动诊定技术以及许多新型的PID控制方式，如：自适应PID控制、神经网络PID控制、含糊预测PID控制等多个技术结合的PID控制方式。由于含有传统PID及当代控制理论、智能控制理论技术的多重特点，其对于复杂对象的控制效果远远超出常规的PID控制。4.2智能控制技术近年来，智能控制如含糊控制、神经网络、滑模变构造、自适应控制办法等的研究相称活跃，并在许多领域里获得了成功的应用。由于智能控制无需对象的精确数学模型，并能够在解决不精确性和不拟定性的问题中获得可解决性、鲁棒性，因而智能控制技术在多轴系统同时控制中也获得了广泛应用，如含糊控制、神经网络等。含糊控制是一种以含糊集合论、含糊语言变量和含糊逻辑推理为数学基础的控制办法。由于该办法不需要依靠精确的数学模型，因此在复杂系统的控制中能够得到较好应用。在含糊控制中，知识的表述、含糊规则以及合成推理均是基于操作者经验或专家知识的。作为含糊控制的核心，含糊控制器重要通过计算机系统实现，因此它含有计算机控制的特点，对于被控对象所受扰动含有杰出的克制能力。将含糊控制与PID算法相结合产生的含糊PID控制算法，在多轴同时控制系统中已经获得了应用。一种采用含糊PID控制算法设计的赔偿控制器如图4.1所示。该控制器的含糊推理规则基于预先设定的规则表，不需要复杂的算法，因此控制器的运算速度比较快，能够适应系统的规定，采用转速误差e和转速误差变化率ec的双重反馈赔偿能够尽快地减小同时误差。图4.1含糊PID控制器含糊控制在实际应用中获得了很大的发展，但是含糊控制规则依赖于人的知识经验，并且含糊逻辑控制器的设计不含有系统性，对于复杂的被控对象很难得到完善的控制规则。神经网络是智能控制的另一重要的分支，根据大量神经元按照某种拓扑构造学习和调节的控制办法，含有并行计算、分布存储、构造可变、高容错性、自我组织、自学习等特点。即使该办法不善于体现显式知识，但对于非线性函数却含有很强的逼近能力，合用于对任意复杂对象，特别是单输入多输出以及多输入多输出系统的控制。就神经网络的连接形式而言，能够分为两种典型的构造模型：前馈型网络和反馈型网络。典型的前馈型网络构造有：单层感知器、BP网络和RBF网络；广泛应用的反馈型网络有Hopfield。神经网络还能够与传统PID组合使用，构成PID神经网络，发挥其自学习的特点，在线对PID参数进行整定，使PID神经元网络可控制系统的响应快、超调小、无静差。PID神经元网络能够合用于多变量系统的解耦控制，无需测量或辨识被控多变量对象的内部构造和参数，能够得到良好的解耦控制效果。但是现在的研究仅局限于采用神经元网络辅助选用或修改传统PID控制器的P、I、D参数，且仅局限于在单变量系统的控制方面。图4.2为将PID神经网络应用于双轴系统同时控制的控制系统仿真图。图4.2基于PID神经网络的双轴同时控制器尽管智能控制理论已经在实际工程得到了一定的应用，但是智能控制作为一门新兴学科，现在还只是处在发展早期，还没有形成完整的理