神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的雙軸同步控制初探

□田 晨

（西京學(xué)院 陜西 西安 710123）

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的雙軸同步控制初探

□田 晨

（西京學(xué)院 陜西 西安 710123）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，技術(shù)質(zhì)量高的大型數(shù)控設(shè)備已在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。因此，為了滿足相應(yīng)的工件加工需求，保證PID控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須要著手提高其同步控制的精確度。本文就神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的雙軸同步控制進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析與探討，希望能夠?qū)τ嘘P(guān)人員的研究有所幫助。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；PID控制器；雙軸同步控制；補(bǔ)償單元；仿真模型

1 PID控制器的概述

PID控制器主要是由輸入電路、運(yùn)算電路、輸出電路三大電路組成。PID控制器的工作實(shí)質(zhì)就是對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行比例運(yùn)算、微分運(yùn)算、積分運(yùn)算，然后對(duì)所得出的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。因此，運(yùn)算工作就是PID控制器的技術(shù)核心與關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 交叉偶合同步控制方案

通過確立和使用交叉偶合同步控制方案能夠?qū)⑤S間在工作中存在的誤差引入到相應(yīng)的補(bǔ)償單元。補(bǔ)償單元在一定程度上可以說是電機(jī)控制調(diào)節(jié)器的數(shù)據(jù)分析師，其通過運(yùn)用自身的工作原理不斷將位置誤差和速度誤差計(jì)算出來，再將這些誤差數(shù)據(jù)傳輸給電機(jī)控制器，從而使電機(jī)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的誤差補(bǔ)給和技術(shù)調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更為準(zhǔn)確、更為有效的、誤差更少的同步控制。就交叉耦合同步控制而言，對(duì)補(bǔ)償單元進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)有著極其重要的意義。

3 補(bǔ)償單元控制器的相關(guān)設(shè)計(jì)

3.1 補(bǔ)償單元的概述

補(bǔ)償單元是交叉耦合同步控制中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，也是整個(gè)交叉耦合系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部分之一。補(bǔ)償單元控制器所采用的補(bǔ)償算法直接影響著同步控制的效果，為了保證同步控制質(zhì)量和提高控制效果，補(bǔ)償單元必須要引入PID算法。通常情況下，普通的PID控制存在一定的不穩(wěn)定性，尤其是當(dāng)系統(tǒng)受到外界環(huán)境等因素干擾時(shí)，就會(huì)對(duì)其同步控制產(chǎn)生很大的影響。為了保證PID控制的控制性能，可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的性能，進(jìn)一步發(fā)揮神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)外界干擾的實(shí)際情況進(jìn)行PID參數(shù)調(diào)整，從而使同步控制更加穩(wěn)定和更具效率。

3.2 PID控制器的工作原理

在比例環(huán)節(jié)中，增大比例系數(shù)，就能夠使靜差減小。但增大比例系數(shù)，需要在一定的范圍內(nèi)，過分增大比例系數(shù)，在一定程度上就會(huì)使超調(diào)增大，進(jìn)而產(chǎn)生震蕩，不利于同步控制的穩(wěn)定性；在積分環(huán)節(jié)中，增大積分時(shí)間常數(shù)，就能夠?qū)Τ{(diào)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而減小震蕩，減少相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差，進(jìn)而提高控制的穩(wěn)定性，但增加積分時(shí)間常數(shù)在一定程度上卻增加了系統(tǒng)消除靜差的時(shí)間；在微分環(huán)節(jié)中，保證微分時(shí)間常數(shù)，能夠改善系統(tǒng)整體的動(dòng)態(tài)性能，能夠有效抑制偏差變化。但如果微分時(shí)間常數(shù)過大，就會(huì)使系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間變長(zhǎng)，在很大程度上會(huì)降低系統(tǒng)整體的抗干擾性。

3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的作用

通常情況下，單獨(dú)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是難以滿足雙軸同步控制的實(shí)際要求，需要與普通PID控制聯(lián)合作業(yè)，才能有可能改善雙軸同步控制中存在的技術(shù)難度。另外，必須要嚴(yán)格依據(jù)負(fù)載變化，對(duì)PID控制中的比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)的參數(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而使控制過程變得更加準(zhǔn)確、更加快速、更加穩(wěn)定。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以劃分為輸入層、輸出層、隱含層。

4 仿真建模

4.1 仿真模型

在構(gòu)建仿真模型時(shí)，需要使用Simulink。用戶通過利用Simulink，可以看到相應(yīng)的仿真結(jié)果，這在一定程度上方便了用戶調(diào)整相關(guān)參數(shù)，也促進(jìn)了系統(tǒng)的性能及用戶對(duì)系統(tǒng)的改進(jìn)。

4.2 仿真對(duì)比

根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)同步控制性能進(jìn)行檢驗(yàn)，需要將仿真過程中所采用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID補(bǔ)償器的交叉耦合方案與常規(guī)PID的交叉耦合方案進(jìn)行比較，通過相應(yīng)的比較，以及依據(jù)得出的仿真結(jié)果，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的同步控制性能進(jìn)行更深入的檢測(cè)，從而確定系統(tǒng)性能。

結(jié)束語

將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法應(yīng)用在雙軸同步控制的補(bǔ)償單元中，是提高系統(tǒng)功能和穩(wěn)定性的有效手段。通過把雙軸運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的同步速度誤差作為參考信號(hào)，并將其輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID補(bǔ)償單元中，再利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)功能，對(duì)PID參數(shù)加以實(shí)時(shí)修正，從而實(shí)現(xiàn)同步誤差的合理補(bǔ)償。

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1004-7026（2017）06-0094-01

TP273;TP183

A

田晨（1994-），男，陜西 綏德，西京學(xué)院，機(jī)電一體化專業(yè)。

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.06.066