基于模糊PID控制的機(jī)械測控系統(tǒng)設(shè)計

湯樂　賈思雨　田青云　丁生晨　劉煜

【摘 要】機(jī)械測控系統(tǒng)，是一種“測”和“控”并舉的現(xiàn)代機(jī)械化工業(yè)產(chǎn)品及工程設(shè)計的技術(shù)。本研究給予國內(nèi)機(jī)械測控系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用現(xiàn)狀，介紹了基于模糊PID控制的機(jī)械測控技術(shù)，分析了其對于機(jī)械測控系統(tǒng)的可行性分析，提出了其設(shè)計的流程，并對基于模糊PID控制的機(jī)械測控系統(tǒng)設(shè)計方法進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械測控；系統(tǒng)設(shè)計；模糊PID控制

機(jī)械測控系統(tǒng)是當(dāng)前機(jī)械應(yīng)用技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)。近年來，在科學(xué)文化的快速發(fā)展背景下，機(jī)械測控的技術(shù)和水平也得到了極大的提高，當(dāng)從整體情況而言。我國的機(jī)械測控技術(shù)在性能、加工工藝、設(shè)計實驗等方面，與國際上先進(jìn)國家的技術(shù)整體水平還存在一定差距。模糊PID控制是一種輔助機(jī)械測控系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)，應(yīng)用于機(jī)械測控系統(tǒng)中，不僅可以提高機(jī)械設(shè)計效率，縮短整個機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)周期，同時也為機(jī)械行業(yè)大量吸金。模糊PID控制是機(jī)械測控技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，本研究就其基本設(shè)計現(xiàn)狀報告如下：

1 模糊PID控制概述

模糊PID控制，是職能控制技術(shù)的一種，該技術(shù)主要利用專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)系統(tǒng)技術(shù)，在人工智能非新興條件下，引入控制器，使整個系統(tǒng)在任何狀態(tài)下都能實現(xiàn)更好、更穩(wěn)定的控制性能。它在整體運用中，對迅速適應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)變化，合理控制偏差，有針對的實現(xiàn)對系統(tǒng)動態(tài)變化的管控。模糊PID控制針對具體過程實踐經(jīng)驗，根據(jù)自身的控制要求達(dá)到目標(biāo)函數(shù)要求。該技術(shù)通過對參數(shù)的征訂問題進(jìn)行控制，來逆轉(zhuǎn)傳統(tǒng)控制系對系統(tǒng)狀態(tài)和參數(shù)不確定無法控制的局面，從而在特定領(lǐng)域例，發(fā)揮專家系統(tǒng)的功能。

2 模糊PID控制

模糊控制的基本原理。模糊控制是一種基于模糊邏輯的算法，其原理是，在控制過程中，對被控對象的狀態(tài)進(jìn)行模糊化，變?yōu)橛萌祟愓Z言描述的模糊量，之后根據(jù)實際控制經(jīng)驗制定的語言控制規(guī)則，再通過模糊推理，得到輸出控制量的模糊值，最后在解模糊化模塊中將控制量的模糊值轉(zhuǎn)換為執(zhí)行器能夠執(zhí)行的精確控制量，在控制中發(fā)揮作用。？模糊控制器由模糊化模塊、知識庫、模糊推理模塊、解模糊化模塊4個部分組成。

以機(jī)械供暖系統(tǒng)水溫模糊PID控制系統(tǒng)為例，驅(qū)動程序設(shè)計中，對整個系統(tǒng)的設(shè)計。實現(xiàn)了交互式傳感。該技術(shù)研究方法普遍應(yīng)用于恒溫箱溫度控制、模糊自適應(yīng)控制和變化器的數(shù)字模糊控制、逆變電源的模糊自適應(yīng)和注塑機(jī)料筒溫度控制以及多電機(jī)同步控制等。

3 基于模糊PID控制的機(jī)械測控系統(tǒng)設(shè)計

3.1 可行性分析

機(jī)械測控系統(tǒng)設(shè)計是一項復(fù)雜的設(shè)計工程，從構(gòu)思、概念表達(dá)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能分析到設(shè)計投產(chǎn)，各個環(huán)節(jié)的控制，不僅多變且復(fù)雜，對自動化設(shè)計的參數(shù)以及系統(tǒng)零部件的選用，大體上都需要在設(shè)計之初進(jìn)行建模，以優(yōu)化設(shè)計參數(shù)、確保運行速率。

3.2 設(shè)計流程

從整體設(shè)計流程圖來看，PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容，在模糊PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小上，從理論計算到數(shù)字模型轉(zhuǎn)化，再到直接性數(shù)據(jù)參數(shù)整定。在機(jī)械實際運行中，對理論計算、參數(shù)控制和修改以及檢驗等的掌握和控制。都能從比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法中脫穎而出。尤其在實際運行中，以臨界值比例方法為代表的機(jī)械設(shè)計參數(shù)控制方法，已經(jīng)成為系統(tǒng)控制工作的主流和核心。

3.3 控制流程

三維設(shè)計圖表顯示，基于模糊PID控制器的控制步驟分析為，啟動開關(guān)-初始化進(jìn)程-采樣實際流速-標(biāo)準(zhǔn)變換-計算偏差和偏差率-進(jìn)入算法模塊-數(shù)據(jù)顯示模塊-啟動、停止命令-關(guān)機(jī)。

以汽車驅(qū)動控制防滑為例：進(jìn)步基本模糊控制器的設(shè)計精度和跟蹤性能，通過對語言變量取更多的語言值，對規(guī)則數(shù)和計算量進(jìn)行逐步增加，并實時滿足設(shè)計和控制的需要。通過模糊控制在控制域內(nèi)用不同的控制方式來控制。偏差和闕值之間的比例以及響應(yīng)的過程，都要在整個比例控制和模糊控制中，發(fā)揮穩(wěn)定的余差。PI 控制在平衡點四周的小范圍調(diào)節(jié)效果對控制曲面是門路調(diào)節(jié)效果較理想。采用模糊控制的滑轉(zhuǎn)率與P-FUZZY-PI 控制器控制的車輪滑轉(zhuǎn)率基本和理想值相等，基本消除模糊控制帶來的余差。

3.4 實驗設(shè)計應(yīng)用案例研究

主令電機(jī)速度設(shè)定為g，直流電機(jī)的而輸出速度為n1、n2和n3，應(yīng)用上述模糊PID控制的原理對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保整個機(jī)械電機(jī)的運行速度穩(wěn)定在主令速度值的范圍內(nèi)。通過實驗系統(tǒng)研究，對其外界荷載穩(wěn)定狀態(tài)下的速度控制和響應(yīng)能力以及系統(tǒng)主令速度不變下，對一種或者兩種電機(jī)的控制效果。

4 結(jié)語

模糊PID控制，作為智能控制系統(tǒng)的核心組分，其設(shè)計具有降低勞動強度、提高機(jī)械運行效率、提升設(shè)計成果、設(shè)計工作高效、機(jī)械控制性能良好的諸多優(yōu)點。在機(jī)械設(shè)計系統(tǒng)中，應(yīng)用智能控制下的模糊PID控制，通過建立零部件整體設(shè)計模型，利用設(shè)計模型對其機(jī)械控制參數(shù)和性能進(jìn)行優(yōu)化，對減少機(jī)械設(shè)計重復(fù)性工作，精簡設(shè)計程序，減少設(shè)計浪費、節(jié)省工業(yè)設(shè)計成本，提高機(jī)械設(shè)計應(yīng)用回報率，具有重要的應(yīng)用價值。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]