基于模糊PID控制的多电机同步控制研究

用数据库是十分必要的。

S Q L数据库在数据存储和分析上已经具备相当完备的功能,对数据进行管理最好的方法就是使用数据库,今后数据库在数据存储方面也将起更大作用,其运用也会更广泛。

2　结语

基于以上的介绍,现在对三种数据存储方式的适用范围作一个简单的归纳:

1)运用V B中控件M S F l e x G r i d的存储方式。在存储数据数量较少时,其操作方便快捷、显示简单明了,故常运用于一些要求不高的场合,且运用广泛。

2)运用V B操作E x c e l的存储方式。E x c e l表格能存储和分析产品各项参数,由V B A程序可以实现对不合格量的数据统计,查看产品质量的合格率,从而提高工作效率。E x c e l表格以其操作简捷方便,涉及内容全面,有着广泛的运用。

3)运用V B操作S Q L数据库的存储方式,这是目前最完备的数据存储手段之一。S Q L数据库具有良好的查询和更新方法,能实现多重备份和受损修复,也更有安全性,同时它具有海量的存储能力,比较适合参数数量庞大的存储数据,真正实现多而不乱,查而不烦。◆

参考文献

[1]宋广群,姚成.V B程序设计[M].中国科学技术大学出版社,

2006.

[2]李政,梁海英,李昊.V A B应用基础与实例教程[M].国防工

业出版社,2005.

[3]李丹,赵占坤等.S Q LS e r v e r2000数据库管理与开发实用教

程[M].机械工业出版社,2005.

[4]王洪香.利用V B6.0存储和显示S O LS e r v e r数据库中的图像

数据[J].办公自动化,2006,(9):27-29.

[5]A n d m x ST a n e n b a u m.计算机网络(第3版)[M].北京:清华

大学出版社,2000.

作者简介:吴军(1983-),男,合肥工业大学仪器科学与光电工程学院在读研究生,研究方向为测试计量技术及仪器。

收稿日期:2008-06-18(8314)

文章编号:1671-1041(2009)01-0021-03

基于模糊P I D控制的多电机同步控制研究

万鹏飞,王　莉

(中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410075)

摘要:本文介绍了几种常用的同步控制策略并对比其控制性能,选取基于补偿原理的同步方式做为研究对象,采用模糊控制与传统P I D控制相结合的方法设计补偿器。仿真实验结果表明,这种方案鲁棒性、快速性优良、动态过程同步误差小,能够较好地满足被控对象对高精度同步控制的要求。

关键字:模糊控制;P I D控制;同步控制;补偿原理

中图分类号:T P271+.4 文献标识码:A

T h e r e s e a r c ho f m u l t i-m o t o r s y n c h r o n i z a t i o n

c o n t r o l b a s e do nf u z z y-P I Dc o n t r o l

WA N P e n g-f e i,WA N G L i

(S c h o o l o f I n f o r ma t i o nS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,

C e n t r a l S o u t hU n i v e r s i t y,C h a n g s h a410075,C h i n a)

A b s t r a c t:I nt h i s p a p e r,s o m ek i n d ss y n c h r o n i z a t i o nc o n t r o l m e t h o d s w i l l b ei n t r o d u c e da n dc o m p a r e db y t h ec o n t r o l p r o p e r t i e s.T h eme t h-o db a s e dc o m p e n s a t i o np r i n c i p l ew i l l b es e l e c t e d a s t h er e s e a r c ho b-j e c t.Me a n w h i l e,F u z z yP I Dc o n t r o l m e t h o di sp r o p o s e dt od e s i g n t h e c o mp e n s a t i o nd e v i c e.T h e s i mu l a t i o n r e s u l t si n d i c a t et h a t t h ep r o-p o s e dm e t h o dh a ss t o n gn o i s ei m mu n i t ya n dr o b u s t n e s sa n dt h er a-p i d i t yi sg o o da n dd y n a m i c a l s y n c h r o n o u s e r r o r i s l o w.S ot h i s c o n t r o l me t h o dc a n s a t i s f yt h ed e m a n d s o f t h e c o n t r o l l e ds u b j e c t f o r t h eh i g h p r e c i s i o na p p l i c a t i o s.

K e y w o r d s:f u z z yc o n t r o l;P I D c o n t r o l;s y n c h r o n i z a t i o nc o n t r o l;c o m-p e n s a t i o np r i n c i p l e

0　引言

由于近代电力电子技术、微电子、控制理论、计算机技术以及传感器技术的发展,均为交流传动控制提供了广阔的前景,为设计出高精度、快速响应的交流传动系统奠定了基础,同时也使多电机协调控制研究成为可能。一般来说,同步关系是各受控量应满足某种线性或非线性的函数关系[1]:

f(y

1

,y

2

,…,y

n

)=c

常用的比例关系:

u

1

y

1

=u

2

y

2

=…=u

n

y

n

当比例系数u

i

=1时,也即为最简单的同步关系。在这种传动系统中,目前存在的同步控制技术包括等状态控制、主从控制等[2]。许多科学工作者把鲁棒控制,变结构控制,模型参考自适应控制,神经网络与遗传算法等现代控制理论的控制方法应用到多电机协调控制中,取得了很好的效果。

1　多电机同步控制策略

1.1　主从控制

这种控制结构以前一台电机的转速输出作为下一台的速度给定,电机之间的速度同步比例关系由同步系数决定[3]。在这种控制下负载或者速度参考指令的变化都会对从轴产生影响,但是从轴的负载扰动和转速的变化对主轴不会产生影响,从而在启动停止和负载扰动的情况下造成较大的同步误差;

1.2　等状态控制

目前多电机的同步控制多采用等状态控制结构。各轴的控制器采用同一给定的速度参考指令。各轴之间的速度协调关系由同步系数决定。这种控制结构线路简单,容易实现,且着重系统跟踪性能,启动时不存在滞后问题,跟随性能好。文献[4]在等状态基础上提出了交叉耦合控制策略,将两轴的同步误差通过耦合系数K1,K2分别引入到两轴的控制器中,对同步误差进行补偿,控制结构图如图1所示。这在一定程度上改善了同步性能。但是,由于耦合系数选择的好坏对同步性能的影响至关重要,而在工程中,很难将耦合系数调整到最佳值。若耦合系数过小,则难以消除同步误差;若耦合系数过大,虽然可以有效地减小同步误差,但却会造成振荡现象。

仪器仪表用户◆研究报告◆

欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息

21　

欢迎光临本刊网站h t t p ://w w w .e i c .c o m.c n

图1　两台电机的交叉耦合控制方式

本文在等状态控制结构上,采用一种基于补偿原理的同

步控制方法。这种方法在各电机采用前一台电机的转速输出做为下一台的电机的速度给定的基础上,比较两电机转速输出其差值经补偿器加入到从电机或主动电机的控制端,电机之间的速度协调关系由同步系数决定(此处取α=1),如图2所示。该控制器具有自学习和自适应能力,以及较强的容错性和鲁棒性。而且由于这种控制方案简单,不需要复杂的算法,控制器的运算较快,能够适应被控对象快速性的要求。

图2　采用补偿原理多电机同步控制方式

2　模糊P I D 补偿控制器控制设计

多电机同步控制系统具有多变量、高耦合、非线性的特

点,其控制性能会受到负载扰动、各轴驱动特性不匹配等因素的影响[5]。本文中采用的基于补偿原理的控制策略的控制器设计存在一些问题,一是难以确定合理的补偿参数,二是不能从根本上消除同步误差,稳态性不理想。针对这些问题,本文采用模糊P I D 控制算法设计补偿控制器(图3)。所示该控制器的模糊推理规则基于预先设定的规则表,不需要复杂的算法,因此控制器的运算较快,能够适应系统的要求,采用转速误差e 和转速误差变化率e c 的双重反馈补偿的目的是为了尽快地减小同步误差,以适应被控对象的要求[6]。

图3　模糊P I D 控制器

2.1　输入输出变量的选取和量化

本文采用的模糊自适应P I D 控制器是二输入三输出的形式,e 和e c 为输入ΔK p 、ΔK i 、ΔK d 为输出;根据专家经验,本设计中,e 和e c 的论域分别取[-15,15],[-30,30]。则ΔK p 、ΔK i 和ΔK d 的基本论域为[-3,3],[-0.06,0.06],[-3,3]。将e 、e c 、ΔK p 、ΔK i 、ΔK d 的基本论域定义为模糊集上的论域:E 、E C ={-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,};ΔK p 、ΔK i 、ΔK d ={-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,};并设其模糊子集为:E 、E C={N B ,N M ,N S ,Z O ,P S ,P M ,P B };ΔK p 、ΔK i 、ΔK d ={N B ,N M ,N S ,Z O ,P S ,P M ,P B };输入模糊变量e 、e c 和输出变量ΔK p 、ΔK i 、ΔK d 的隶属度函数均采用对称三角函数。

2.2　模糊控制规则库设计及解模糊

通过总结以往工程实际操作经验,针对不同的速度误差e 和速度误差变化率e c 总结出K p 、K i 、K d

的整定原则:当e 较大时,为了使系统具有较好的跟随性能,应取较大的K d 和较小的K p ,同时为了避免系统响应出现较大的超调,应该取K i =0;当e 和e c 适中时,为使系统具有较小的超调,K p 应该取得小些,在这种情况下,K d 的取值也应该小些,K i 取值应该适中。当e 较小时,为使系统有较好的稳定性能K p 和K i

应该取得大些,同时为避免系统在设定值附近出现振荡,并考虑系统抗干扰性性能,当e c 较大时K d 应该取得小些;当e c 较小时,K d 应该取大些[7]。模糊推理与解模糊选用M a m d a n i 推理法,对于控制规则I F E i A N DE C i T H E N ΔK i i s U i (i =1,2,…,49)其模糊蕴含采用最小值法。

u U ′(ΔK P )=u E i (e )∧u E C i (e c )∧u U i

(ΔK P )模糊合成采用最大法,即最终结论U ′是由综合U ′1,U ′2

,…U ′49

得到的,推理法则为u U ′(ΔK P )=u U ′1(ΔK P )∨u U ′2(ΔK P )∨…∨u U ′49

(ΔK P )在一次采样时刻,ΔK P 的值可由模糊输出U ′的重心确定。ΔK p =∑49

j =1u p j

(ΔK P )·ΔK P

∑49

j =1u P j

(ΔK P )式中,u p j (ΔK p )(j =1,2,…49)是ΔK P 的隶属度。同理可以得到输出量ΔK i ,ΔK i

。调整后就可以作为P I D 控制器的控制参数。式中K p 0,K i 0,K d 0为控制器参数的初始值。

K P =ΔK P +K p 0K i =ΔK i +K i 0K d =ΔK d +K d 0

3　实验仿真

本文在空载情况下,采用两台参数相同的永磁同步电机进行仿真,具体参数如下:磁链ψf =0.175w b ,L q =805M h ,L d =8.5M h ,p =4,转动惯量为J =0.001k g ·m ∧2;额定电磁转矩T m=30N m ;额定功率f =50H Z ;,图4为采用常规P I D 补偿器下两台电机的速度误差曲线,图5为采用模糊P I D 补偿器下两台电机的速度误差曲线。其中横坐标表示时间,纵坐标表示两电机的速度差,比较两种仿真结果可以看到,采用模糊P I D 补偿器方法时,系统的同步性能、抗干扰能力优于只采用常规P I D 补偿器的性能。

图4　基于常规P I D 补偿器的 两电机速度误差曲线　

图5　基于模糊P I D 补偿器的

两电机速度误差曲线

4　结论

本文在采用基于补偿原理的同步控制策略基础上,提出一种基于模糊P I D 设计补偿器的方法。由实验仿真可以看到,系统的同步性能较好,速度响应能力和鲁棒性能都得到了显著的提高,能够较好地满足被控对象高精度的要求。◆

◆研究报告◆仪器仪表用户

欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息

23　

参考文献

[1]赵春雨,朱洪涛,闻邦椿.多机传动系统同步控制[J].控制理

论与应用,1999,19(2):173～175.

[2]张海燕,王伟.无轴传动控制策略及仿真分析[J].自动化技

术与应用,2007,5(2):37～38.

[3]刘福才,张学莲.基于补偿原理多电机同步协调运转的内模

控制[J].电气传动,2002,23(2):128～129.

[4]刘福才,张学莲.多级电机传动系统同步控制理论与应用研

究[J].控制工程,2002,47(5):34～36.

[5]潘相高,李晓峰.计算机在新型多电机同步系统中的应用

[J].微计算机信息,2007,19(7):39～40.

[6]张建仁,王莉.M A T L A B在模糊控制系统仿真中的应用[J].

计算机应用,2002,21(3):27～30.

[7]乔铁柱,范永伟,范玉华.自适应模糊控制在交流调速中的应

用[J].太原理工大学学报,2003,21(2):28～30.

作者简介:万鹏飞(1983-),男,硕士研究生,研究方向:智能控制和运动控制。

收稿日期:2008-10-19(8444)

文章编号:1671-1041(2009)01-0023-02

压铸机压射速度自适应模糊控制与仿真研究

谢国民,付　华

(辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁葫芦岛125105)

摘要:压铸机是有色金属铸件生产的重要装备,广泛地应用在汽车、摩托车、家电、仪表、电子信息等各行业的制造业中,其压射系统的性能的优劣对压铸件的质量起着决定性的作用。针对卧式冷室压铸机二级压射速度控制工艺技术特点,采用自适应模糊控制技术对二级压射进行控制,通过控制增压阀对增压时间进行控制。采用具有典型二阶过程的电液伺服阀系统进行了仿真研究,仿真结果表明了该方法的有效性。

关键词:压铸机;自适应;模糊控制;仿真研究

中图分类号:T P273 文献标识码:A

A d a p t i v e f u z z y c o n t r o l o f i n j e c t i o ns p e e do f

h o r i z o n t a l c o l dr o o m d i e c a s t i n g m a c h i n e

X I EG u o-m i n,F UH u a

(F a c u l t yo f E l e c t r i c a l a n dE n g i n e e r i n gC o n t r o l,L i a o n i n g

T e c h n i c a l U n i v e r s i t y,L i a o n i n gH u l u d a o125105,C h i n a)

A b s t r a c t:D i e C a s t i n gM a c h i n ei s a ni mp o r t a n t n o n f e r r o u s m e t a l c a s t-i n g sp r o d u c t i o n e q u i p m e n t,w i d e l yu s e d i na u t o m o b i l e s,m o t o r c y-c l e s,a p p l i a n c e s,m e t e r s,e l e c t r o n i ci n f o r m a t i o n,a n do t h e ri n d u s-t r i e s i nt h ema n u f a c t u r i n gs e c t o r,t h ep e r f o r ma n c eo f i n j e c t i o ns y s-t e m so nt h eme r i t so f t h eq u a l i t yo f d i ec a s t i n gp l a yad e c i s i v er o l e.

D i r e c t e dt o w a r d st e c h n o l o g yf e a t u r e s o fh o r i z o n t a lc o l d r o o m d i e c a s t i n gma c h i n es e c o n ds t a g ei n j e c t i o nv e l o c i t yc o n t r o l,u s i n ga d a p-t i v ef u z z yc o n t r o l t e c h n o l o g yt oc o n t r o l s e c o n ds t a g e i n j e c t i o n,b y c o n t r o l l i n gt h ep r e s s u r i z a t i o nv a l v et oc o n t r o l t h ep r e s s u r i z a t i o nt i me.

E l e c t r o-h y d r a u l i c s e r v ov a l v es y s t e m o f t y p i c a l s e c o n d-o r d e r p r o c e s s i sa d o p t e dt od o s i m u l a t i o nr e s e a r c h,s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h ee f-f e c t i v i t yo f t h eme t h o d.

K e yw o r d s:d i ec a s t i n g ma c h i n e;a d a p t i v e;f u z z yc o n t n o l;s i m u l a t i o n r e s e a r i c h

压铸机是有色金属铸件生产的重要装备,广泛地应用在汽车、摩托车、家电、仪表、电子信息等各行业的制造业中。其压射系统的性能的优劣对压铸件的质量起着决定性的作用。

本文针某卧式冷室压铸机压射系统二级压射的工艺技术特点,采用自适应模糊控制技术对二级压射进行控制,通过控制增压阀对增压时间进行控制,将控制结果与传统的P I D控制器的控制效果进行比较,说明该方法对改善控制性能是非常有效的。

1　压铸机压射系统概述

压射机构主要由压射缸、压射支架、静型板、增压缸等组成。

压射系统的主要特点是三级压射,也就是低速排除压射容杯中的气体,高速填充型,不间断地给液态合金施以稳定的高压,即两级速度,一级增压。

一级快压射速度使压射头以较快的速度推动液态金属充入铸型,液态金属在一级压射速度下充型时,可以使铸型内的气体被排走,而提高铸件的内部质量。另外,一级压射使压射过程由慢速到快速的加速距离大大减小,实践表明,在压射过程中,压射速度由慢速到快速的加速距离越短,对铸件的充型越有利。二级快压射速度可调,当型腔被金属充填80-90%时,使压射头以最大的压射速度向模具内充填金属,以达到充型完美,表面光洁,尺寸精确之目的。

2　二级压射自适应模糊控制

2.1　自适应模糊控制

自适应模糊控制要求系统能够根据被测参数,环境等的变化而自动对系统进行调节,使系统随时处于最佳状态。模糊控制系统是一种以模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑的规则推理为理论基础,采用计算机控制技术构成的一种具有反馈通道的闭环结构的数字控制系统。

一般根据人的操作经验设计的模糊控制器,虽具有以上优点,但总有一定的局限性,应用常规的模糊控制器,不总能够达到理想的效果。为此,采用一种自适应模糊控制器,在一个初步设计的粗糙的模糊控制器的基础上,通过自适应控制,使控制规则在实际应用中在线地估计、辨识、决策、修改,逐步改善原有控制器的品质,达到较满意的控制效果。根据被控过程的运行状态,给出合适的控制量,即具有控制功能。

根据给出的控制量的控制效果,对于控制量的控制决策进一步改进,以获得更好的控制效果,即具有学习功能。

2.2　模糊控制器设计

模糊控制器(F C-F u z z yC o n t r o l l e r)是模糊控制系统的核心,一个模糊控制系统的性能主要取决于模糊控制器的结构、所采用的模糊规则、合成推理算法,以及模糊控制决策的方法等因素,本文压射控制系统结构图如图1所示。

图1　自适应模糊控制结构

仪器仪表用户◆研究报告◆