基于复合式同步控制策略和模糊PID控制算法的振动打桩机的智能控(2)

20]r;a通过试凑法得d/r/sm],ienc,系统的基本论所以e的PID参数为P=0灡2,I=0灡到的的基本论域为[0在运行灡2],取D的基0灡本1论,0灡域3为],1[取,D=0灡01I的基本论域为,

所以取P[过程中,在初步调节0P,0I灡D00参2]

数。后控,

制通系0过统,误差e和误差变化率ec计算出从而获得被控对象的精确输入量

PID参数的变化量,

。

图3暋模糊PID控制结构框图

3.1暋输入量的模糊化

模糊化的作用是将精确量转换为模糊量,将基本论域转化为模糊集合论域。模糊变量e、ec的模糊子集为:{“负大暠(小暠(NS),“零暠(Z),“正小NB暠()P,S“负中),“正暠(中NM暠(P),M“负“)

,域正大,论域一般取模糊子集个数的两倍加一暠(PB)}。为了确保模糊集能较好的覆盖论,所以取e0、e,c的模糊论域为{1,2,3,4,5,6

}。选择三角形隶属函数作为-6,-5,-4,-3,-2,-e1和,

c的隶属函数曲线,然后由e、ec隶属函数得出相应的模糊变量。3.2暋模糊控制规则

有如下特点PID参数的模糊控制规则的设计原则一般具:

()当偏差e较大时,为了加快系统的响应速度,应取较大的1

P;为了避免开始时可能出现的过

·2799·

2e

2223201112饱和,应取较小的D;为防止出现较大的超调,通常取较小的I,以限制积分作用。

()当偏差e处于中等大小时,为使系统响应2

具有较小的超调量,应取较小的P,适当的I。这时D的取值对系统的影响较大,其取值要大小适中,以确保系统的响应速度。

()当偏差e较小时,为避免系统振荡,应增3

大P值和减小I值,以增强系统的抗干扰性能。当偏差变化率e当偏差变c较小时,D可取得大些;化率ec较大时,D应取得小些。3.3暋模糊推理计算与去模糊化方法

进入第一个采样周期。首先检测是否有键盘输入,如果有键盘输入则改变转速(激振频率)或相,位差(激振力)如果没有键盘输入就直接执行通/道1的A调用速度处D采样获得马达1的相位,

理子程序求取马达1的速度,通过模糊PID控制/调用速度处理子程AD采样获得马达2的相位,序求取马达2的速度,调用相位误差处理子程序和相位差控制子程序求取马达2的参考速度的微子程序求取通道1的输出电压U1;通过2通道的

软件主要流程:初始化C8051F410单片机,

调值,再次调用模糊PID控制子程序求取通道2

模糊推理有很多种不同的算法,如型模糊推理算法、Larsen模糊推理算法M、amdani-Sueno型模糊推理方法等。去模糊化T的a方kag法i主要有面积中心法g

、最大隶属度法、加权平均法和面积平分法等。本文研究基于采用加权平均法去模糊化Mamdani型模糊推理算法进行计算,,从

而获得P、I、D的模糊控制规则表[6]。

暋双电液伺服马达系统软件设计

为增强程序的可读性和可移植性,本文的系统软件采用模块化的方法进行设计。子程序包括设置子程序、相位采样子程序、速度处理子程序、相位延时模子程序、相位误差处理子程序、模糊ID控制等。速度处理子程序负责把从相位传感

器获得的马达的相位转换为马达的速度,程序通常使用微分或周期的方式求取速度。相位延时模子程序的作用是调节两个马达之间的相位差,从而实现激振力的大小调节。相位误差处理子程序主要负责相位误差的纠正工作。双马达同步控制系统使用复合式同步控制策略和模糊PI所示D控制方法对系统进行控制,其流程框图如图4。

图4暋双马达同步控制系统主程序流程框图

·2800·

的输出电压两个灡5msD/,此时A输出电压控制信号CU8025;1F直41至0系单统片机的会执调行用时其间自达带到

的,使单片机按照上述步骤反复执行,直至系统发出停止命令。

模糊D参数与PI先确定误D控制的单片机实现方法:PI差e和误差变化率ec之间的模糊关系,并获得P片机在运行中,、I不断检测误差、D参数的模糊控制规则表。单e和误差变化率ec

的值,根据实时检测值查询IDP的、I、D的模糊控制规则表,并对P以满不同3个参数进行自动调节,足不同时刻的e和ec对控制参数的不同要求,使被控对象具有良好的动静态性能。

暋实验分析

振动打桩机在实际打桩过程中,受外界和不同土层土壤的影响,打桩机的负载会实时发生改变,因此,抗干扰能力的强弱是衡量打桩机性能的主要因素之一。本文采用速度波动和相位差突变的形式来模拟打桩机的实际工作过程,达转速在动,相位差在100t0r=/假设双马5msin处按振幅为时从式同步控制策略,用0变化到2100的正弦波波,结合复合别对打桩机在沙土环境下的打桩过程进行实验PID曘控制和模糊80曘PID控制分,

得到图5、图6所示的实验结果

。

图5暋PID控制实验结果

04P5

——汤炳新暋王小虎暋麻岳军等基于复合式同步控制策略和模糊PID控制算法的振动打桩机的智能控制器研究—

图6暋模糊PID控制实验结果

从上面的实验结果可以看出:相位差未发生突变时,两种控制方法均能很好的跟踪设定的速度值,当相位差发生突变时,模糊PID控制器作用下的从动马达的速度波动曲线比较平稳,其控制性能明显优于PID控制器,即模糊PID控制器的抗干扰能力强于结论

PID控制器。

暋制策略不仅能使主从动马达很好的跟踪系统的输(1

)在受到外界干扰的情况下,复合式同步控入信号,而且能使从动马达迅速跟踪主动马达的速度,从而保持良好的同步性能。

(2)模糊PID控制器具有调整时间短、调整过程平稳、跟踪效果好、稳态误差小、抗干扰能力强、设计过程简单以及易于实现等特点。其控制系统能够根据系统实时情况调整控制参数,适用于要求高精度同步控制的场合。

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编辑暋M何成根].

哈尔)作者简介:汤炳新,男,1966年生。河海大学机电工程学院副教授、博士。主要研究方向为机电系统控制与仿真。发表论文余篇。王小虎,男,20

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