基于自整定模糊PID的多電機同步控制策略研究

趙碩偉+楊振元+關(guān)艷翠

摘 要：本文主要針對多電機同步控制，采用先進(jìn)技術(shù)設(shè)計了一種能夠進(jìn)行參數(shù)自整定模糊PID多電機同步控制策略。在研究的過程當(dāng)中，將傳統(tǒng)的PID控制原理與模糊控制原理進(jìn)行了有效的結(jié)合，并且積極運用了模糊推理判斷思想，主要對自整定模糊PID控制器，在參數(shù)變化而形成不同偏差變化率、速遞偏差的多電機實時變化中所產(chǎn)生的效果進(jìn)行了分析研究。最終通過仿真結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，該種策略具有速度快、穩(wěn)定性好、高同步精度、動態(tài)性好等諸多優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：自整定模糊PID；多電機同步控制；模糊控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.169

0 前言

在多電機同步控制當(dāng)中能夠應(yīng)用到諸多先進(jìn)的控制理論，其控制內(nèi)容一般包括主從控制、同一輸入控制、等狀態(tài)耦合控制、交叉耦合控制等多個方面。其中，交叉耦合控制能夠使臨近的兩臺電機進(jìn)行交叉耦合，有助于簡化偏差耦合控制。另外，若運用可變增益的PID控制方法，將能夠盡量解決系統(tǒng)響應(yīng)當(dāng)中的快速性和超調(diào)量之間的矛盾，具有重要積極意義。為此，有必要在基于自整定模糊PID的情況下對多電機同步控制策略進(jìn)行研究。

1 自整定模糊PID控制器設(shè)計

本文在設(shè)計的過程中將傳統(tǒng)PID控制與模糊控制進(jìn)行了有效的結(jié)合，形成了自整定模糊PID控制器，基本如圖1所示。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)當(dāng)中的PID參數(shù)主要根據(jù)其初始值進(jìn)行自整定而得出，其中KP、KI和KD分別為根據(jù)模糊理論所推理而得出的自調(diào)整量，其初始值分別為KP0、KI0和KD0。若將誤差設(shè)置為e，將誤差變化率設(shè)置為è，則通過整個系統(tǒng)當(dāng)中的PID參數(shù)不自調(diào)整量與量化因子相乘，結(jié)合模糊化體現(xiàn)模糊變量，將能夠得出負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大幾種結(jié)果[1]。再結(jié)合模糊論域以及隸屬度函數(shù)、三角函數(shù)，將能夠得出49條模糊規(guī)則。將通過模糊理論得出的模糊結(jié)果，利用反模糊化重心法進(jìn)行模糊的解釋，并且將KP、KI和KD的精確值進(jìn)行轉(zhuǎn)化后，將能夠得到相應(yīng)的PID控制器實時參數(shù)[2]。

2 改進(jìn)型環(huán)形交叉耦合控制結(jié)構(gòu)

對改進(jìn)型環(huán)形交叉耦合控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時發(fā)現(xiàn)，若多電機系統(tǒng)當(dāng)中存在的諸多電機之間轉(zhuǎn)速能夠形成一定的比例，與此同時，通過其形成的轉(zhuǎn)速比例與同步系數(shù)進(jìn)行相比，將能夠得到相應(yīng)的相鄰兩個電機之間所產(chǎn)生的同步轉(zhuǎn)速誤差。若將整個同步控制系統(tǒng)分為多個子系統(tǒng)，則可以將每一臺電機與其相鄰的兩臺電機進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)。針對每一個子系統(tǒng)，必須要保證對其誤差進(jìn)行跟蹤，且保證同步誤差始終保持在0左右。通過該種方式將能夠保證整個控制系統(tǒng)能夠按照規(guī)定的比例進(jìn)行運行，且每一個子系統(tǒng)能夠與整個系統(tǒng)均保持同步。

3 分析仿真結(jié)果

構(gòu)建4臺電機所組成的多電機同步控制系統(tǒng)仿真模型，各電機參數(shù)基本為：額定轉(zhuǎn)速為2500r/min，額定功率為1.5kW，永磁磁鏈為0.104Wb，極對數(shù)為4[3]。此時，可以選擇誤差e，和誤差變化率è進(jìn)行模糊PID控制器輸入，進(jìn)而通過跟蹤誤差控制器設(shè)置相應(yīng)的初始值。經(jīng)過多次的仿真實驗，將KP、KI和KD和e、è的變化范圍均予以確定，進(jìn)而選取比例系數(shù)，將其治愈跟送誤差控 制器當(dāng)中計算同步誤差。自整定PID模糊控制器能夠?qū)Σ煌瑫r刻在PID3個參數(shù)，以及e和è之間的模糊關(guān)系進(jìn)行查找。正在整個控制系統(tǒng)運行的過程當(dāng)中，可以對e和è進(jìn)行不斷的檢測，并且根據(jù)模糊控制思想，可以對KP、KI和KD3個參數(shù)進(jìn)行實時的修改。此時，基于自整定模糊PID控制的相鄰交叉耦合控制結(jié)構(gòu)，將能夠在多電機比例協(xié)同控制系統(tǒng)當(dāng)中，通過計算機技術(shù)形成仿真曲線，如下圖所示。

根據(jù)圖2和圖3的仿真曲線結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，本文所提出的給予自整定模糊PID的多電機同步控制系統(tǒng)當(dāng)中，各個電機若能夠在0.01s的時候進(jìn)入到穩(wěn)定的狀態(tài)，則整個系統(tǒng)將在運行的動態(tài)過程當(dāng)中并不會產(chǎn)生十分明顯的超調(diào)。同時，若本系統(tǒng)在同步控制當(dāng)中所產(chǎn)生的誤差低于5%，則在該系統(tǒng)出現(xiàn)降速時會出現(xiàn)1%以內(nèi)的同步誤差，但是其恢復(fù)穩(wěn)定比較迅速。由此可見，基于自整定模糊PID的多電機同步控制系統(tǒng)，能夠具有比較強的抗擾性，且能夠有效改善該系統(tǒng)性能。

結(jié)論：本文將傳統(tǒng)的PID控制與模糊控制進(jìn)行了有效結(jié)合，設(shè)計了自整定模糊PID控制器。通過不斷的仿真實驗且對仿真結(jié)果進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)型的環(huán)形交叉耦合結(jié)構(gòu)模糊PID控制算法，能夠?qū)ν娇刂凭冗M(jìn)行良好的把握，且能夠有效控制同步速度，便于實現(xiàn)多電機的同步控制，具有比較良好的實際應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯崇升.基于自適應(yīng)模糊PID的鋼板橫剪生產(chǎn)線多電機同步控制系統(tǒng)設(shè)計[J].制造業(yè)自動化，2013，17（07）：50-53.

[2]付光杰，林雨晴，崔海龍.基于模糊自整定PID的永磁同步電機矢量控制[J].化工自動化及儀表，2015，07（11）：739-741.