《電子技術應用》
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基于改進模糊PID位置隨動系統控制
電子技術應用
謝觀靈,邵李煥,鄭長風
(杭州電子科技大學 新型電子器件與應用研究所,浙江 杭州 310018)
摘要: 針對直流有刷電機在使用傳統模糊PID控制器進行位置隨動控制時,由于負載轉矩變化導致系統跟隨性能下降以及負載轉矩未知的問題,提出了基于負載觀測器的改進模糊PID控制器代替傳統模糊PID控制器,在傳統模糊控制結構的基礎上增加負載觀測器,實時觀測系統負載轉矩,并利用負載轉矩實時調節系統控制器參數,提升了系統在負載轉矩突變時的位置跟隨能力。仿真結果表明:負載觀測器能實時、準確地觀測負載轉矩,改進模糊PID控制器對負載擾動有較強的抑制能力,并有效減小了系統的調節時間和穩態誤差。
中圖分類號:TP273
文獻標志碼:A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223566
中文引用格式: 謝觀靈,邵李煥,鄭長風. 基于改進模糊PID位置隨動系統控制[J]. 電子技術應用,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

直流有刷電機具有響應迅速、易于控制等優點,在低速時能夠輸出高扭矩,廣泛應用在工業控制以及智能家居等領域。隨著位置隨動系統對控制精度和跟蹤性能要求的提高,其驅動電機的穩態誤差和動態跟隨性能成為主要關注的參數。因此,如何使驅動電機快速、準確地跟蹤預定位置成為研究的主要目標。

目前,位置隨動系統控制普遍采用三環控制系統框架,由內至外依次為電流環、速度環和位置環。基于三環控制系統框架,PID控制算法因其結構簡單、參數調整方便,在位置隨動控制系統中得到廣泛應用。但由于直流有刷電機位置隨動系統是一個時變、強耦合的非線性系統,PID算法無法同時滿足不同工況下的高性能控制需求。針對這一問題,許多學者將模型預測、遺傳、神經網絡等控制算法代替PID算法,以增強位置隨動控制系統的抗干擾性能,但上述控制算法結構復雜、計算量大,很難應用在實際的控制系統之中。付子義等提出一種基于伸縮因子的模糊控制方法,通過對模糊PID的論域進行調整,提升了無刷直流電機的轉速動態性能;王旭鋒等運用神經網絡控制與模糊控制理論,將單神經元與模糊PID的優點相結合,提高了位置隨動系統的靜態、動態跟蹤性能;陳帥等通過對模糊規則庫調整與改進,提升了伺服系統跟蹤精度和抗干擾能力。上述模糊PID改進方法一定程度上改善了位置隨動系統的跟蹤性能,但單純地依據位置誤差以及誤差導數進行參數調整,無法有效地抑制負載擾動,在寬負載范圍的控制效果不佳。

基于上述研究,本文通過設計負載觀測器實時觀測位置隨動系統電機負載轉矩,制定參數調整規則,將負載轉矩作為調節因子引入模糊PID控制器中,實時調節模糊PID控制器參數,增強了系統的抗負載擾動能力。



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作者信息:

謝觀靈,邵李煥,鄭長風

(杭州電子科技大學 新型電子器件與應用研究所,浙江 杭州 310018)


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