资源描述：
《模糊PID自整定控制算法的实现及仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第9卷第5期Vol.9No.52007年5月技术前沿May.2007单片机模糊PID自整定控制算法的实现及仿真冯桂宁,蒋翔俊(中国地质大学机械与电子工程学院,湖北武汉430074)摘要:介绍了单片机模糊自整定PID控制的系统结构、控制思想、控制算法以及在电液伺服系统上的应用方法,给出了其基于MATLAB的系统仿真结果,并对该模糊自整定PID控制结果与传统的PID控制仿真结果进行了比较。关键词:单片机;模糊自整定PID控制;电液伺服系统;MATLAB仿真0引言速度控制等功能。其中智能模糊控制由单片机完成,并采用规则自
2、整定PID控制算法进行过程控由于液压伺服系统的固有特性(如死区、泄制。整个系统的核心是模糊控制器,AT89C51单漏、阻尼系数的时变性以及负载干扰的存在),片机是控制器的主体模块。电液伺服系统输出的系统往往会呈现典型的不确定性和非线性特性。速度信号经传感器和A/D转换之后进入单片机,这类系统一般很难精确描述控制对象的传递函数单片机则根据输入的各种命令,并通过模糊控制或状态方程,而常规的PID控制又难以取得良好算法计算控制量,然后将输出信号通过D/A转换的控制效果。另外,单一的模糊控制虽不需要精送给液压伺服系统,从而
3、控制系统的速度。该模确的数学模型,但是却极易在平衡点附近产生小糊控制器的硬件框图如图1所示。振幅振荡,从而使整个控制系统不能拥有良好的动态品质。本文针对这两种控制的优缺点并结合模糊控制技术,探讨了液压伺服系统的模糊自整定PID图1模糊控制器硬件框图控制方法,同时利用MATLAB软件提供的模糊控制器的主程序包括初始化、键盘管理Simulink和Fuzzy工具箱对液压伺服调节系统的模及控制模块和显示模块的调用等。温度信号的采糊自整定PID控制系统进行仿真,并与常规PID控集、标度变换、控制算法以及速度显示等功能的制进行
4、了比较。此外,本文还尝试将控制系统通实现可由各子程序完成。软件的主要流程是:利过单片机的数字化处理,并在电液伺服实验台上用AT89C51单片机调A/D转换、标度转换模块以进行了测试,测试证明:该方法能使系统的结构得到速度的反馈信号,然后根据偏差和偏差的变简单化,操作灵活化,并可增强可靠性和适应化率计算输入量,再由模糊PID自整定控制算法性,提高控制精度和鲁棒性,特别容易实现非线得出输出控制量。启动、停止可通过键盘并利用性化控制。外部中断产生,有按键输入则调用中断服务程序。该程序的流程图如图2所示。1模糊PID自整定
5、控制器的设计2模糊控制器算法研究本控制系统主要完成数据采集、速度显示和采用模糊PID自整定控制的目的是使控制器收稿日期:2006-12-11能够根据实际情况调整比例系数Kp、积分系数Kiwww.ecda.cn2007.5电子元器件应用59第9卷第5期Vol.9No.52007年5月ElectronicComponent&DeviceApplicationsMay.2007图4e、ec隶属函数应的语言变量E、EC表示成模糊量。E、EC的基本论域为[-6,+6],将其离散成13个等级即[-6,-5,-4,-3,-2,-
6、1,0,+1,+2,+3,+4,+5,+6]。考虑到控制的精度要求,本设计将[-6,+6]分为负大[NB]、负中[NM]、负小[NS]、零[ZO]、正小[PS]、正中[PM]、正大[PB]等7个语言变量,然后由e、ec隶属函数根据最大值法得出相应的模糊变量。2.2模糊控制规则表的建立图2模糊控制器程序控制流程和微分系数Kd,以达到调节作用的实时最优。该(1)Kp控制规则设计在PID控制器中,Kp值的选取决定于系统的电液伺服系统的Fuzzy自整定PID控制系统结构如响应速度。增大Kp能提高响应速度,减小稳态误图3所示
7、。差;但是,Kp值过大会产生较大的超调,甚至使为了简化运算和满足实时性要求,即该调节系统不稳定减小Kp可以减小超调,提高稳定性,系统的基本控制仍为PID控制,但使PID调节参数但Kp过小会减慢响应速度,延长调节时间。因由模糊自整定控制器根据偏差e和偏差变化率ec进此,调节初期应适当取较大的Kp值以提高响应速行自动调整,同时把模糊自整定控制器的模糊部度,而在调节中期,Kp则取较小值,以使系统具分按Kp、Ki和Kd分成3部分,分别由相应的子推理有较小的超调并保证一定的响应速度;而在调节器来实现。过程后期再将Kp值调到较
8、大值来减小静差,提高2.1输入值的模糊化控制精度。Kp的控制规则如表1所列。模糊自整定PID控制器是在fuzzy集的论域中(2)Ki控制规则设计进行讨论和计算的,因而首先要将输入变量变换在系统控制中,积分控制主要是用来消除系到相应的论域,并将输入数据转换成合适的语言统的稳态误差。由于某些原因(如饱和非线性值,也就是要对输入量进行模糊化。结合本液压等),积分过
