神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的雙軸同步控制初探

□田 晨

（西京學(xué)院 陜西 西安 710123）

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的雙軸同步控制初探

□田 晨

（西京學(xué)院 陜西 西安 710123）

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，技術(shù)質(zhì)量高的大型數(shù)控設(shè)備已在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。因此，為了滿足相應(yīng)的工件加工需求，保證PID控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須要著手提高其同步控制的精確度。本文就神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的雙軸同步控制進行簡單的分析與探討，希望能夠?qū)τ嘘P(guān)人員的研究有所幫助。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；PID控制器；雙軸同步控制；補償單元；仿真模型

1 PID控制器的概述

PID控制器主要是由輸入電路、運算電路、輸出電路三大電路組成。PID控制器的工作實質(zhì)就是對偏差信號進行比例運算、微分運算、積分運算，然后對所得出的結(jié)果進行調(diào)整，從而實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。因此，運算工作就是PID控制器的技術(shù)核心與關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 交叉偶合同步控制方案

通過確立和使用交叉偶合同步控制方案能夠?qū)⑤S間在工作中存在的誤差引入到相應(yīng)的補償單元。補償單元在一定程度上可以說是電機控制調(diào)節(jié)器的數(shù)據(jù)分析師，其通過運用自身的工作原理不斷將位置誤差和速度誤差計算出來，再將這些誤差數(shù)據(jù)傳輸給電機控制器，從而使電機根據(jù)實際情況進行相應(yīng)的誤差補給和技術(shù)調(diào)整，進而實現(xiàn)更為準(zhǔn)確、更為有效的、誤差更少的同步控制。就交叉耦合同步控制而言，對補償單元進行科學(xué)合理的設(shè)計有著極其重要的意義。

3 補償單元控制器的相關(guān)設(shè)計

3.1 補償單元的概述

補償單元是交叉耦合同步控制中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，也是整個交叉耦合系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部分之一。補償單元控制器所采用的補償算法直接影響著同步控制的效果，為了保證同步控制質(zhì)量和提高控制效果，補償單元必須要引入PID算法。通常情況下，普通的PID控制存在一定的不穩(wěn)定性，尤其是當(dāng)系統(tǒng)受到外界環(huán)境等因素干擾時，就會對其同步控制產(chǎn)生很大的影響。為了保證PID控制的控制性能，可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的性能，進一步發(fā)揮神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的優(yōu)點，并根據(jù)外界干擾的實際情況進行PID參數(shù)調(diào)整，從而使同步控制更加穩(wěn)定和更具效率。

3.2 PID控制器的工作原理

在比例環(huán)節(jié)中，增大比例系數(shù)，就能夠使靜差減小。但增大比例系數(shù)，需要在一定的范圍內(nèi)，過分增大比例系數(shù)，在一定程度上就會使超調(diào)增大，進而產(chǎn)生震蕩，不利于同步控制的穩(wěn)定性；在積分環(huán)節(jié)中，增大積分時間常數(shù)，就能夠?qū)Τ{(diào)量進行調(diào)節(jié)，進而減小震蕩，減少相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差，進而提高控制的穩(wěn)定性，但增加積分時間常數(shù)在一定程度上卻增加了系統(tǒng)消除靜差的時間；在微分環(huán)節(jié)中，保證微分時間常數(shù)，能夠改善系統(tǒng)整體的動態(tài)性能，能夠有效抑制偏差變化。但如果微分時間常數(shù)過大，就會使系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間變長，在很大程度上會降低系統(tǒng)整體的抗干擾性。

3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的作用

通常情況下，單獨使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是難以滿足雙軸同步控制的實際要求，需要與普通PID控制聯(lián)合作業(yè)，才能有可能改善雙軸同步控制中存在的技術(shù)難度。另外，必須要嚴(yán)格依據(jù)負(fù)載變化，對PID控制中的比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)的參數(shù)，進行實時調(diào)整，從而使控制過程變得更加準(zhǔn)確、更加快速、更加穩(wěn)定。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以劃分為輸入層、輸出層、隱含層。

4 仿真建模

4.1 仿真模型

在構(gòu)建仿真模型時，需要使用Simulink。用戶通過利用Simulink，可以看到相應(yīng)的仿真結(jié)果，這在一定程度上方便了用戶調(diào)整相關(guān)參數(shù)，也促進了系統(tǒng)的性能及用戶對系統(tǒng)的改進。

4.2 仿真對比

根據(jù)實際情況，對同步控制性能進行檢驗，需要將仿真過程中所采用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID補償器的交叉耦合方案與常規(guī)PID的交叉耦合方案進行比較，通過相應(yīng)的比較，以及依據(jù)得出的仿真結(jié)果，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的同步控制性能進行更深入的檢測，從而確定系統(tǒng)性能。

結(jié)束語

將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法應(yīng)用在雙軸同步控制的補償單元中，是提高系統(tǒng)功能和穩(wěn)定性的有效手段。通過把雙軸運動時所產(chǎn)生的同步速度誤差作為參考信號，并將其輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID補償單元中，再利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)功能，對PID參數(shù)加以實時修正，從而實現(xiàn)同步誤差的合理補償。

[1]郭洪杰.大型飛機柔性裝配技術(shù)[J].航空制造技術(shù), 2010(18):52-54.

[2]李耿軼,王宇融.數(shù)控機床多軸同步控制方法[J].制造技術(shù)與機床,2000(5):5-28.

[3]季明逸,游有鵬.基于偏差耦合法的同步控制策略研究與實踐[J].中國制造業(yè)信息化,2012(21)58-61,66.

[4]張世韜,楊風(fēng),郝騫.單神經(jīng)元PID控制器研究及仿真[J].機械工程與自動化,2009(3):69-70.

1004-7026（2017）06-0094-01

TP273;TP183

A

田晨（1994-），男，陜西 綏德，西京學(xué)院，機電一體化專業(yè)。

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.06.066