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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 模糊 PID 掌握器在伺服系统中的应用造车网:/ zaoche168 / 2022 年 09 月 09 日0 引言传统 PID比例、积分和微分掌握原理简洁,使用便利,适应性强,可以广泛应用于各种工业过程掌握领域；但是 PID 掌握器也存在参数调剂需要肯定过程,最优参数选取比较麻烦的缺点,对一些系统参数会变化的过程,PID 掌握就无法有效地对系统进行在线掌握；不能满意在系统参数发生变化时 PID 参数随之发生相应转变的要求,严峻的影响了掌握成效；本文介绍了基于车载伺服系统的模糊 PID 掌握,它不需要被控对象的数学模型,能够在线实时修正参数,使掌
2、握器适应被控对象参数的任何变化；并对其进行仿真验证,结果说明模糊PID 掌握使系统的性能得到了明显的改善；1 传统 PID 与模糊 PID 的比较1.1 PID 掌握PID 掌握器问世至今凭借其结构简洁、稳固性好、工作牢靠、调整便利等优点成为工业掌握的主要技术之一；当被控对象的结构和参数不能完全把握、得不到精确的数学模型时,采纳 PID 掌握技术最为便利；PID 掌握器的参数整定是控制系统设计的核心； 它是依据被控过程的特性来确定PID 掌握器的参数大小； PID名师归纳总结 掌握原理简洁、易于实现、适用面广,但PID 掌握器的参数整定是一件特别令人第 1 页,共 7 页头痛的事； 合理的 P
3、ID 参数通常由体会丰富的技术人员在线整定；在掌握对象有很大的时变性和非线性的情形下,一组整定好的PID 参数远远不能满意系统的要求；为此,引入了一套模糊PID 掌握算法；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 1.2 模糊 PID 掌握所谓模糊 PID 掌握器 , 即利用模糊规律算法并依据肯定的模糊规章对 PID 控制的比例、 积分、微分系数进行实时优化 , 以到达较为抱负的掌握成效；模糊 PID掌握共包括参数模糊化、模糊规章推理、参数解模糊、PID 掌握器等几个重要组成部分；电脑依据所设定的输入和反馈信号,运算实际位置和理论位置的偏差 e以及当前的偏差变
4、化 ec,并依据模糊规章进行模糊推理,最终对模糊参数进行解模糊,输出 PID 掌握器的比例、积分、微分系数；2 车载天线伺服系统2.1 车载天线伺服系统的组成车载天线系统由两部分组成：户外设备和户内设备；户外设备主要是天线伺服跟踪系统包括平台、平台伺服跟踪系统、惯性传感器、GPS、卫星天线等 ;户内设备主要是掌握器包括各传感器接口、数据采集、 掌握器、 卫星接收机等和主控电脑, 两者之间采纳电缆连接, 具有稳固跟踪和接收卫星信号的两大功能；本系统采纳德州 仪器 推出的 TMS320LF2407A,与传统的单片机相比有庞大的优势； 只需外加较少的硬件即可实现电机掌握系统；本系统采纳增量式光电码盘
5、反馈转子的速度和磁极位置及初始位置；车载天线伺服系统模糊PID 掌握框图如图 1 所示；图 1 车载天线伺服系统模糊 PID 掌握框图名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.2 车载天线伺服系统数学模型的确定假设电机的负载为常数且只输出电机转动的角速度,传递函数如式1；就得到直流伺服电机的其中,a是转子旋转的角速度,KV和 Kt 是由永磁体的磁通密度、转子绕组的数目以及铁芯的物理性质打算的速度常数和力矩常数, J 是转子和电机负载的转动惯量； B 是整个 机械 旋转系统的阻尼常数；由电机特性与系统特性,得到电机各参数R
6、a; La;K V;K t;J; 的值：把这些参数值代入式1,得到电机的传递函数如式 2所示：转台下部直流伺服电机驱动子系统结构框图如图2 所示,其中1/10 为蜗轮蜗杆的减速比；图 2 直流伺服电机转动系统结构框图名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3 模糊 PID 掌握器的设计PID 参数的模糊自整定是找出 糊关系,在运行中通过不断的监测 在线的整定；PID 三个参数 Kp、Ki 、Kd 与 e 和 ec 之间的模 e 和 ec,依据模糊掌握原理对三个参数进行PID 参数的设定是靠体会及工艺的熟识, 参考测量值与设
7、定值曲线, 从而调整Kp、Ki 和 Kd的大小；模糊掌握规章是用于修正PID 参数的,模糊掌握规章依据过程的阶跃响应情形来考虑求取；规章如下所示： 1 预挑选一个足够短的采样周期让系统工作 ; 2 仅加入比例掌握环节 , 直到系统对输入的阶跃响应显现临界振荡 , 登记这时的比例放大系数和临界振荡周期 3 依据下面的详细规章修改PID 掌握器参数,直至中意为止；依据上面所述的模糊掌握规章,采纳如下的PID 参数的调剂规章,如表1、表 2、表 3 所示；表 1 Kp 规章调剂表名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表 2 K
8、I 规章调剂表表 3 Kd 规章调剂表PID 三个参数的模糊规章库建立好以后,就可以依据模糊掌握理论进行参数名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 的自调整；将系统误差e 和误差变化率ec 变化范畴定义为模糊上的论域：e,ec= -3 ,-2 ,-1 ,0,1, 2,3在模糊掌握规律中,e 和 ec 的语言变量值取 “ 负大” NB,“ 负中” NM,“ 负小” NS,“ 零” ZO,“ 正小” PS,“ 正中” PM,“ 正大”PB共 7 个值；它们的隶属度函数都是三角形,并且,每个值所取的范畴宽度相等；4 仿真结果为了
9、验证PID 模糊掌握器的掌握成效,用Matlab/Simulink软件进行仿真,依据系统的数学模型,仿真框图如图3 所示；图 3 车载天线伺服系统仿真框图运行仿真程序,得到如图5 所示的仿真结果；从图中可以知道,在阶跃响应下,与传统 PID 仿真图 4 相比,该系统的上升时间和调剂时间大大缩小,超调量 明显减小,大大提高了系统的动态性能；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4 传统 PID 动态响应曲线图 5 模糊 PID 动态响应曲线5 终止语本论文将模糊掌握与SIMULINK相结合,对车载伺服系统设计了一个比较合理的模糊 PID 掌握器并且进行 MATLAB仿真；由于车载天线处于一个实时变化的环境, 导致系统参数可能会依据环境变化；传统的固定掌握参数的掌握策略没有方法满意这样的需求,而模糊自适应掌握却恰好补偿这一缺陷；同时模糊自适应掌握仍很好地解决了伺服系统本身自带的由于惯量引起的误差；软硬件结合真正满意了系统的快,准,稳；为军事上各种雷达天线的设计供应了参考；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页