LEM傳感器在交錯(cuò)Boost型PFC電路中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2008/5/29 0:00:00 訪問(wèn)次數(shù):358
0 引言
由于液壓伺服系統(tǒng)的固有特性(如死區(qū)、泄漏、阻尼系數(shù)的時(shí)變性以及負(fù)載干擾的存在)，系統(tǒng)往往會(huì)呈現(xiàn)典型的不確定性和非線性特性。這類(lèi)系統(tǒng)一般很難精確描述控制對(duì)象的傳遞函數(shù)或狀態(tài)方程，而常規(guī)的pid控制又難以取得良好的控制效果。另外，單一的模糊控制雖不需要精確的數(shù)學(xué)模型，但是卻極易在平衡點(diǎn)附近產(chǎn)生小振幅振蕩，從而使整個(gè)控制系統(tǒng)不能擁有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。
本文針對(duì)這兩種控制的優(yōu)缺點(diǎn)并結(jié)合模糊控制技術(shù)，探討了液壓伺服系統(tǒng)的模糊自整定pid控制方法，同時(shí)利用matlab軟件提供的simulink和fuzzy工具箱對(duì)液壓伺服調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模糊自整定pid控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并與常規(guī)pid控制進(jìn)行了比較。此外，本文還嘗試將控制系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)的數(shù)字化處理，并在電液伺服實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試證明：該方法能使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，操作靈活化，并可增強(qiáng)可靠性和適應(yīng)性，提高控制精度和魯棒性，特別容易實(shí)現(xiàn)非線性化控制。
1 模糊pid自整定控制器的設(shè)計(jì)
本控制系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)采集、速度顯示和速度控制等功能。其中智能模糊控制由單片機(jī)完成，并采用規(guī)則自整定pid控制算法進(jìn)行過(guò)程控制。整個(gè)系統(tǒng)的核心是模糊控制器，at89c51單片機(jī)是控制器的主體模塊。電液伺服系統(tǒng)輸出的速度信號(hào)經(jīng)傳感器和a／d轉(zhuǎn)換之后進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)則根據(jù)輸入的各種命令，并通過(guò)模糊控制算法計(jì)算控制量，然后將輸出信號(hào)通過(guò)d／a轉(zhuǎn)換送給液壓伺服系統(tǒng)，從而控制系統(tǒng)的速度。該模糊控制器的硬件框圖如圖1所示。
采用模糊pid自整定控制的目的是使控制器能夠根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整比例系數(shù)kp、積分系數(shù)ki和微分系數(shù)kd，以達(dá)到調(diào)節(jié)作用的實(shí)時(shí)最優(yōu)。該電液伺服系統(tǒng)的fuzzy自整定pid控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
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2.1 輸入值的模糊化
模糊自整定pid控制器是在fuzzy集的論域中進(jìn)行討論和計(jì)算的，因而首先要將輸入變量變換到相應(yīng)的論域，并將輸人數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成合適的語(yǔ)言值，也就是要對(duì)輸入量進(jìn)行模糊化。結(jié)合本液壓伺服系統(tǒng)的特性，這里選擇模糊變量的模糊集隸屬函數(shù)為正態(tài)分布，具體分布如圖4所示。根據(jù)該規(guī)則可把實(shí)際誤差e、誤差變化率ec(de／dt)對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言變量e、ec表示成模糊量。e、ec的基本論域?yàn)閇-6，+6]，將其離散成13個(gè)等級(jí)即[-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6]。考慮到控制的精度要求，本設(shè)計(jì)將[-6，+6]分為負(fù)大[nb]、負(fù)中[nm]、負(fù)小[ns]、零[zo]、正小[ps]、正中[pm]、正大[pb]等7個(gè)語(yǔ)言變量，然后由e、ec隸屬函數(shù)根據(jù)最大值法得出相應(yīng)的模糊變量。
2.2 模糊控制規(guī)則表的建立
(1) kp控制規(guī)則設(shè)計(jì)
在pid控制器中，kp值的選取決定于系統(tǒng)的響應(yīng)速度。增大kp能提高響應(yīng)速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差；但是，kp值過(guò)大會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定減小kp可以減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性，但kp過(guò)小會(huì)減慢響應(yīng)速度，延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間。因此，調(diào)節(jié)初期應(yīng)適當(dāng)取較大的kp值以提高響應(yīng)速度，而在調(diào)節(jié)中期，kp則取較小值，以使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)并保證一定的響應(yīng)速度；而在調(diào)節(jié)過(guò)程后期再將kp值調(diào)到較大值來(lái)減小靜差，提高控制精度。kp的控制規(guī)則如表1所列。
0 引言 由于液壓伺服系統(tǒng)的固有特性(如死區(qū)、泄漏、阻尼系數(shù)的時(shí)變性以及負(fù)載干擾的存在)，系統(tǒng)往往會(huì)呈現(xiàn)典型的不確定性和非線性特性。這類(lèi)系統(tǒng)一般很難精確描述控制對(duì)象的傳遞函數(shù)或狀態(tài)方程，而常規(guī)的pid控制又難以取得良好的控制效果。另外，單一的模糊控制雖不需要精確的數(shù)學(xué)模型，但是卻極易在平衡點(diǎn)附近產(chǎn)生小振幅振蕩，從而使整個(gè)控制系統(tǒng)不能擁有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。 本文針對(duì)這兩種控制的優(yōu)缺點(diǎn)并結(jié)合模糊控制技術(shù)，探討了液壓伺服系統(tǒng)的模糊自整定pid控制方法，同時(shí)利用matlab軟件提供的simulink和fuzzy工具箱對(duì)液壓伺服調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模糊自整定pid控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并與常規(guī)pid控制進(jìn)行了比較。此外，本文還嘗試將控制系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)的數(shù)字化處理，并在電液伺服實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試證明：該方法能使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，操作靈活化，并可增強(qiáng)可靠性和適應(yīng)性，提高控制精度和魯棒性，特別容易實(shí)現(xiàn)非線性化控制。 1 模糊pid自整定控制器的設(shè)計(jì) 本控制系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)采集、速度顯示和速度控制等功能。其中智能模糊控制由單片機(jī)完成，并采用規(guī)則自整定pid控制算法進(jìn)行過(guò)程控制。整個(gè)系統(tǒng)的核心是模糊控制器，at89c51單片機(jī)是控制器的主體模塊。電液伺服系統(tǒng)輸出的速度信號(hào)經(jīng)傳感器和a／d轉(zhuǎn)換之后進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)則根據(jù)輸入的各種命令，并通過(guò)模糊控制算法計(jì)算控制量，然后將輸出信號(hào)通過(guò)d／a轉(zhuǎn)換送給液壓伺服系統(tǒng)，從而控制系統(tǒng)的速度。該模糊控制器的硬件框圖如圖1所示。 采用模糊pid自整定控制的目的是使控制器能夠根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整比例系數(shù)kp、積分系數(shù)ki和微分系數(shù)kd，以達(dá)到調(diào)節(jié)作用的實(shí)時(shí)最優(yōu)。該電液伺服系統(tǒng)的fuzzy自整定pid控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
2.1 輸入值的模糊化 模糊自整定pid控制器是在fuzzy集的論域中進(jìn)行討論和計(jì)算的，因而首先要將輸入變量變換到相應(yīng)的論域，并將輸人數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成合適的語(yǔ)言值，也就是要對(duì)輸入量進(jìn)行模糊化。結(jié)合本液壓伺服系統(tǒng)的特性，這里選擇模糊變量的模糊集隸屬函數(shù)為正態(tài)分布，具體分布如圖4所示。根據(jù)該規(guī)則可把實(shí)際誤差e、誤差變化率ec(de／dt)對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言變量e、ec表示成模糊量。e、ec的基本論域?yàn)閇-6，+6]，將其離散成13個(gè)等級(jí)即[-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6]�？紤]到控制的精度要求，本設(shè)計(jì)將[-6，+6]分為負(fù)大[nb]、負(fù)中[nm]、負(fù)小[ns]、零[zo]、正小[ps]、正中[pm]、正大[pb]等7個(gè)語(yǔ)言變量，然后由e、ec隸屬函數(shù)根據(jù)最大值法得出相應(yīng)的模糊變量。 2.2 模糊控制規(guī)則表的建立 (1) kp控制規(guī)則設(shè)計(jì) 在pid控制器中，kp值的選取決定于系統(tǒng)的響應(yīng)速度。增大kp能提高響應(yīng)速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差；但是，kp值過(guò)大會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定減小kp可以減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性，但kp過(guò)小會(huì)減慢響應(yīng)速度，延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間。因此，調(diào)節(jié)初期應(yīng)適當(dāng)取較大的kp值以提高響應(yīng)速度，而在調(diào)節(jié)中期，kp則取較小值，以使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)并保證一定的響應(yīng)速度；而在調(diào)節(jié)過(guò)程后期再將kp值調(diào)到較大值來(lái)減小靜差，提高控制精度。kp的控制規(guī)則如表1所列。 |
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