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基于改进模糊PID位置随动系统控制
电子技术应用
谢观灵,邵李焕,郑长风
(杭州电子科技大学 新型电子器件与应用研究所,浙江 杭州 310018)
摘要:针对直流有刷电机在使用传统模糊PID控制器进行位置随动控制时,由于负载转矩变化导致系统跟随性能下降以及负载转矩未知的问题,提出了基于负载观测器的改进模糊PID控制器代替传统模糊PID控制器,在传统模糊控制结构的基础上增加负载观测器,实时观测系统负载转矩,并利用负载转矩实时调节系统控制器参数,提升了系统在负载转矩突变时的位置跟随能力。仿真结果表明:负载观测器能实时、准确地观测负载转矩,改进模糊PID控制器对负载扰动有较强的抑制能力,并有效减小了系统的调节时间和稳态误差。
中图分类号:TP273
文献标志码:A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223566
中文引用格式:谢观灵,邵李焕,郑长风. 基于改进模糊PID位置随动系统控制[J]. 电子技术应用,2023,49(6):49-53.
英文引用格式:Xie Guanling,Shao Lihuan,Zheng Changfeng. Control of position servo system based on improved fuzzy PID[J]. Application of Electronic Technique,2023,49(6):49-53.
Control of position servo system based on improved fuzzy PID
Xie Guanling,Shao Lihuan,Zheng Changfeng
(Institute of Electron Device & Application, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China)
Abstract:To address the problem of system following performance degradation due to load torque variation and the problem of unknown load torque that occurs in DC brushed motors when using conventional fuzzy PID controllers for position following control, a load observer-based improved fuzzy PID controller is proposed to replace the traditional fuzzy PID controller. A load observer is added to the traditional fuzzy control structure in order to observe the system load torque in real time and adjust the parameters of the system controller in real time using the load torque, which improves the position following capability of the system when the load torque changes abruptly. The simulation results show that the load observer can observe the load torque in real time and accurately, and the improved fuzzy PID controller has a strong ability to suppress the load disturbance and can effectively reduce the regulation time and steady-state error of the system.
Key words :DC brush motor;position following system;fuzzy PID;load observer

0 引言

直流有刷电机具有响应迅速、易于控制等优点,在低速时能够输出高扭矩,广泛应用在工业控制以及智能家居等领域。随着位置随动系统对控制精度和跟踪性能要求的提高,其驱动电机的稳态误差和动态跟随性能成为主要关注的参数。因此,如何使驱动电机快速、准确地跟踪预定位置成为研究的主要目标。

目前,位置随动系统控制普遍采用三环控制系统框架,由内至外依次为电流环、速度环和位置环。基于三环控制系统框架,PID控制算法因其结构简单、参数调整方便,在位置随动控制系统中得到广泛应用。但由于直流有刷电机位置随动系统是一个时变、强耦合的非线性系统,PID算法无法同时满足不同工况下的高性能控制需求。针对这一问题,许多学者将模型预测、遗传、神经网络等控制算法代替PID算法,以增强位置随动控制系统的抗干扰性能,但上述控制算法结构复杂、计算量大,很难应用在实际的控制系统之中。付子义等提出一种基于伸缩因子的模糊控制方法,通过对模糊PID的论域进行调整,提升了无刷直流电机的转速动态性能;王旭锋等运用神经网络控制与模糊控制理论,将单神经元与模糊PID的优点相结合,提高了位置随动系统的静态、动态跟踪性能;陈帅等通过对模糊规则库调整与改进,提升了伺服系统跟踪精度和抗干扰能力。上述模糊PID改进方法一定程度上改善了位置随动系统的跟踪性能,但单纯地依据位置误差以及误差导数进行参数调整,无法有效地抑制负载扰动,在宽负载范围的控制效果不佳。

基于上述研究,本文通过设计负载观测器实时观测位置随动系统电机负载转矩,制定参数调整规则,将负载转矩作为调节因子引入模糊PID控制器中,实时调节模糊PID控制器参数,增强了系统的抗负载扰动能力。



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作者信息:

谢观灵,邵李焕,郑长风

(杭州电子科技大学 新型电子器件与应用研究所,浙江 杭州 310018)


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