InternalCombustionEngine&Parts·5·机械手夹紧控制系统基于模糊PID控制的研究沈玲（无锡技师学院，无锡214000）建立模糊PID控制器，以摘要院本文以某机械手夹紧气动比例位置控制系统为研究对象，选用模糊控制技术与PID技术相结合，经计算机分析得出实际值与理论值之间的偏差e及当模糊逻辑算法及模糊规则为基础，按照所给定的输入信号及接收的反馈信号，进行在线修正PID的三个参数，前的偏差变化ec，通过模糊推理，从而使系统得到理想的控制效果。关键词院PID；模糊控制；误差1概述图1机械手送料运动循环图现有一深沟球轴承保持架铆合系统，取其机械手夹紧气缸为研究对象，如图1所示为机械手送料运动循环图，该机械手完成一次送料所时间为5s，从机械手下行取料至送料送毕，该过程总共需完成八个动作，即每个气缸平均每完成一个动作需0.625s。经推导得该机械手夹紧气动比例阀位置控制系统的传递函数为：通过Simulink获得仿真曲线如图2所示。图2电原气比例方向阀位置控制系统的仿真曲线从图2仿真曲线可以看出系统的超调量达50%，响应速度较慢，控制效果不理想。若采用常规PID控制，忽略了系统存在的非线性及时变的不确定性，要达到我们所需的理想的控制效果仍有一定的难度。在此，本文尝试通过模糊控制与传统要要要作者简介要要要要要院要要PID相结合的方式来进一步研究对系统的沈玲，要要要要女，要要江苏无锡人，要要要要要要要工程硕士，无锡技师学院教师，主要从事中等职业学校机械类专业课教学。控制效果。所谓的模糊PID控制是建立在模糊逻辑算法及模糊规则的基础上，按照所给定的输入信号及接收的反馈信号，经计算机分析得出实际值与理论值之间的偏差e及当前的偏差变化ec，通过模糊推理，进行在线修正PID的三个参数，从而得到理想的控制效果的控制方式。PID控制器的结构框图。本文采用单变量二维模糊控制器，如图3所示为模糊图3模糊PID控制器的结构框图2精确量的模糊化在本气动比例位置控制系统中，将气缸的实际位移y与系统定给位移ec输出语言变量设为，分别设其语言变量为x进行比较，KE和确定误差量EC；系统修正的e及误差变化量PIDE及误差变化量p、Ki、Kd。参数的误差量EC的语言变量赋值：[-3，3]设误差，驻Ke的基本论域为[-1，1]，ec为[-1，1]，驻K，分别设定论域p为为：{-6，-5，i为[-0.1，0.1]，驻K-4，-3，-2，-1，0，d为[-0.1，0.1]1，2，3，4，5，6}，其语言变量选择为：“负大（NB）”，“负中（NM）”，“负小（NS）”，“零（ZO）”，（PS）”，“正中（PM）”，“正大（PB）”。结合操作者的实践经验，E、EC、Kp、Ki、Kd的语言变量赋值表如表1。表1语言变量E的赋值表“正小·6·表2语言变量EC的赋值表表3Kp尧Ki尧Kd语言变量赋值表模糊PID接收的控制量为模糊量，而经计算机得出的控制量都为精确量，需把精确量模糊化后才能实现控制。假设有精确量x，其计算范围为[m，n]，则其在[-6，6]的区间内变化的变量y的计算公式如下：若上式计算出y不为整数，可找最为接近y的整数来处理。得出y后，可通过寻找其上最大的隶属度与之对应的语言变量的集合，即实现了对该精确量的模糊化。3设计模糊控制规则模糊控制规则一般为一种手动控制策略，主要是基于工程人员根据系统运行的不同状态及PID三个参数的之间的关联，通过长期的实践操作经验得来。采用“if…then…”这种条件语句格式。若误差较大，需以快速消除误差为目的来选取控制量；反之，则应从避免系统超调及保持系统稳定为目标着手选择控制量。根据经验总结，Kp、K参数与i、Kd三个系统的响应速度，淤当e及e较大时，ec的关系规则如下：通过选择较大Kp和较小的K防止由于e过大而导致微分溢出；d来提高同时也要对积分作用进行一定的限制，调，并保证系统的响应速度，于当e为一般大小时，可适当减小可取KKi为较小值。p，控制系统的超盂而当Kd及Ki取适当值。Ke较小时，Kp、Ki可取大一些来减小系统的稳态误差，对于不同的d可取适中值。e和ec对驻Kp、驻Ki、驻Kd调节规则可通过如下语言模式，即：KIfEis…andECis…，thenKp表iis6…所示。andKdis…。驻Kp、驻Ki、驻Kd的模糊规则见表is4，…表and5，4模糊判决把模糊量转化为精确量的过程称为模糊判决，其常用的方法主要有最大隶属度法、中位判决法及加权平均法三种，本文采用加权平均法[1][2]。加权平均法表达式如下：内燃机与配件表4驻Kp的模糊控制规则表表5驻Ki的模糊控制规则表表6驻Kd的模糊控制规则表5建立模糊推理系统打开MATLAB中的“FuzzyLogicToolbox”工具，添加输入输出变量、隶属度函数，根据驻Kp、驻Ki、驻Kd三个参数的模糊控制规则表对该模糊推理系统进行模糊规则设计。如图4所示为该气动比例阀位置控制系统的模糊推理系统。66.1模糊搭建模糊PID控制系统的仿真模型的搭建PID控制器的内部结构如图5所示为模糊PID控制器的内部结构及其封装模块。在进行模糊化处理之前，首先需将输入变量与量化因子相乘，这样是为了完成该变量从基本论域向模糊集论域的转变。6.2搭建气动比例阀位置控制系统根据系统的数学模型，搭建气动比例阀位置模糊PID控制系统的仿真模型，如图6所示。InternalCombustionEngine&Parts·7·（a）模糊控制器内部结构（b）封装模块图5模糊PID控制器的内部结构及其封装模块图6基于SIMULINK的气动比例阀位置系统的模糊PID控制系统仿真模型图7一气动比例阀位置控制系统模糊PID控制仿真曲线比较图2与图7，可以明显得出：模糊PID控制可以系统的较好的控制系统的输出，大幅减小系统的超调量，响应时间缩短为0.23s左右，对系统的非线性影响进行了符合系统的设计较好的控制，大大提高了系统的稳定性，要求。图4气动比例阀位置控制系统的模糊推理系统7结论将模糊推理系统与该气动比例阀位置控制系统的连接，获得经模糊PID控制后系统的仿真曲线如图7。参考文献院[1]张晓晖.模糊控制技术在水泥回转窑中的应用分析[J].电子制作，2013（20）：164.[2]谭仲毅，张鹏，翟绍春.EPS试验台测控系统模糊控制方法的研究[J].汽车零部件，2011（9）：49-52.