咨詢熱線:021-80392549

帶修正因子模糊PID控制的PMSM交流伺服系統(tǒng)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來(lái)源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):140
核心提示:
摘  要:為了克服永磁同步電機(jī)(PMSM)伺服系統(tǒng)的非線性和不確定性因素的影響,提高伺服系統(tǒng)的控制精度和性能特性,提出了帶修正因子的模糊-比例、積分和微分(PID)控制。它是集PID控制和模糊控制的優(yōu)點(diǎn)于一體的控制系統(tǒng),根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差來(lái)決定速度控制器采用模糊控制算法還是PID控制算法,并且根據(jù)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速偏差和速度誤差率,利用修正因子對(duì)模糊控制器的參數(shù)進(jìn)行在線修改。仿真結(jié)果表明:帶修正因子的模糊-PID控制優(yōu)化了系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性,滿足系統(tǒng)的高性能要求,驗(yàn)證了該控制策略的優(yōu)越性和可靠性。
關(guān)鍵詞:永磁同步電機(jī);伺服系統(tǒng);模糊控制;修正因子

    伺服系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一類,通常應(yīng)用閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)來(lái)控制被控對(duì)象的某種狀態(tài),使其能夠自動(dòng)、連續(xù)、精確地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的變化規(guī)律,常用于快速、精密的位置控制和速度控制場(chǎng)合。隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展,對(duì)控制精度和可靠性上提出了越來(lái)越高的要求。為此,曾提出多種控制方法,其中最普遍是比例、積分和微分(PID)控制方法,其算法簡(jiǎn)單,穩(wěn)定性好,適用范圍廣,理論成熟而被廣泛應(yīng)用與工業(yè)控制領(lǐng)域,適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的線性定常參數(shù)系統(tǒng)。但實(shí)際永磁同步電機(jī)(PMSM)自身具有非線性、時(shí)變性、不確定因素等,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型,加之系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)還受到不同程度的干擾,所以PID控制策略難以滿足高性能PMSM伺服系統(tǒng)的控制要求。
    與傳統(tǒng)的PID控制方法相比,模糊控制不依賴被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型,對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)有較強(qiáng)的魯棒性,但較難消除系統(tǒng)調(diào)節(jié)終了時(shí)的穩(wěn)定誤差,而PID控制方法可很好解決這一不足。因此,本文將二者結(jié)合起來(lái)則能有效地解決模糊控制存在穩(wěn)態(tài)誤差的缺陷。但是,固定參數(shù)的模糊控制器不能保證系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性在大范圍內(nèi)獲得最優(yōu)。為了改善模糊控制器的性能,需根據(jù)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速誤差e和速度誤差率ec對(duì)模糊控制器的參數(shù)進(jìn)行在線修改,即修正因子。

l Fuzzy-PID控制器的設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)
   
伺服系統(tǒng)速度控制器由兩部分組成:即模糊控制器和PID控制器?刂破鞲鶕(jù)速度偏差e來(lái)決定速度控制器采用何種控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制。當(dāng)速度偏差e大于閥值ε時(shí),此時(shí)應(yīng)以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度為主,加大控制作用,使實(shí)際轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速盡快達(dá)到給定轉(zhuǎn)速,此時(shí)宜采用模糊控制算法;當(dāng)速度偏差e小于閥值ε時(shí),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近給定轉(zhuǎn)速,此時(shí)應(yīng)以改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性,提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度為主,此時(shí)宜采用PID控制算法。同時(shí)針對(duì)模糊控制控制器,兼顧到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性,采用粗調(diào)和細(xì)調(diào)的參數(shù)自調(diào)整方式,從而解決了調(diào)節(jié)速度和穩(wěn)態(tài)精度之間的矛盾。
    圖l為模糊PID速度控制原理。二維模糊控制器的輸入變量是速度給定與速度反饋之差e及誤差變化量ec輸出變量為電流環(huán)的給定u。且定義:

1.2 控制規(guī)則
   
模糊規(guī)則的選取是設(shè)計(jì)模糊控制器的核心,模糊控制器的輸入輸出量之間是通過(guò)模糊控制規(guī)則表聯(lián)系在一起的,而模糊推理規(guī)則的選取是以誤差和誤差變化率的大小為依據(jù)。當(dāng)誤差較大時(shí),選取控制量以盡快消除誤差為主;當(dāng)誤差較小時(shí),控制量的選取以系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)為出發(fā)點(diǎn),且要注意防止超調(diào),選取的隸屬函數(shù)曲線越尖挺,控制的靈敏度越高。為此選取正態(tài)分布函數(shù)作為模糊變量的隸屬函數(shù),采用重心法進(jìn)行模糊判決。
    設(shè)圖1中的E和Ec的基本論域?yàn)閇一6,6],將誤差和誤差變化率模糊化為13級(jí),即E=Ec={一6,一5,一4,一3,一2,一l,O,l,2,3,4,5,6}。速度模糊控制器輸出U的論域?yàn)閇0,6],并將其分成7個(gè)量化等級(jí),即U={1,2,3,4,5,6);E、Ec和U模糊集為{負(fù)大(NB),負(fù)中(NM),負(fù)小(NS),零(0),正小(PS),正中(PM),正大(PB)}。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),可總結(jié)出模糊控制器的控制規(guī)則,見(jiàn)表1。表中結(jié)果為輸入量為E和Ec時(shí)經(jīng)模糊邏輯推理得到的輸出量U,這些規(guī)則實(shí)質(zhì)上是將操作員的控制經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)而得出的一系列“IF-THEN”型的模糊條件語(yǔ)句。條件語(yǔ)句的前件為輸入變量E和Ec,后件為輸出變量U。
    現(xiàn)設(shè)速度偏差e和速度偏差變化ec的量化因子分別為K1和K2:輸出量U的比例因子為K3。這三個(gè)因子對(duì)控制結(jié)果也產(chǎn)生直接影響,K1過(guò)大易產(chǎn)生超調(diào),且容易出現(xiàn)極限環(huán),過(guò)小會(huì)使系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng);K2越大,利于抑制超調(diào)和振蕩,但過(guò)大系統(tǒng)應(yīng)速度變慢,且K2過(guò)大或過(guò)小都會(huì)使超調(diào)增大,且容易出現(xiàn)極限環(huán);K3的確定對(duì)模糊控制器的控制性能影響極大,它的選擇與實(shí)際控制對(duì)象有關(guān)。K3過(guò)小會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程變長(zhǎng),K3過(guò)大會(huì)使超調(diào)變大,導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。為使系統(tǒng)響應(yīng)速度快又無(wú)超調(diào),通常,在線修改參數(shù)因子K1、K2和K3,從而修正基本論域e、ec和“與論域E、Ec和U,之間的關(guān)系。
    修正因子n的調(diào)整原則是:當(dāng)e和ec較大時(shí),系統(tǒng)應(yīng)減少偏差、加快動(dòng)態(tài)過(guò)程,這時(shí)應(yīng)選取較大的控制量,即增大K3、減小K1和K2;當(dāng)e和ec較小時(shí),即系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)值時(shí),這時(shí)應(yīng)減小K3、增大K1和K2,減小超調(diào)量、提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。
    設(shè)修正因子為n,模糊化的變量為N,模糊集為{高放(AB),中放(AM),低放(AS),不變(OK),小縮(CS),中縮(CM),大縮(CB));N的論域N={1/8,1/4,1/2,1,2,4,8}。設(shè)基本模糊控制器原量化因子、比例因子分別為,根據(jù)量化后的E和Ec得到修正因子,修正因子n的調(diào)整規(guī)則表和隸屬表分別見(jiàn)表2和表3,控制規(guī)則實(shí)質(zhì)同表1相似。此時(shí)量化因子、比例因子調(diào)整為,則有:

工博士工業(yè)品商城聲明:凡資訊來(lái)源注明為其他媒體來(lái)源的信息,均為轉(zhuǎn)載自其他媒體,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點(diǎn),也不代表本網(wǎng)站對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。您若對(duì)該文章內(nèi)容有任何疑問(wèn)或質(zhì)疑,請(qǐng)立即與商城(headrickconstructioninc.com)聯(lián)系,本網(wǎng)站將迅速給您回應(yīng)并做處理。
聯(lián)系電話:021-31666777
新聞、技術(shù)文章投稿QQ:3267146135  投稿郵箱:syy@gongboshi.com