电动舵机模糊自适应pid控制研究

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1、电动舵机模糊自适应PID控制研究电动舵机模糊自适应PID控制研究曹菁1，2朱纪洪11清华大学计算机科学与技术系，北京1000842江苏信息职业技术学院，江苏无锡214106caojing@tsinghua.org.cn摘要本文介绍了一种模糊自适应PID控制器，该方法用于电动舵机的位置伺服控制系统，克服了简单模糊控制和传统PID控制的一些缺点，通过模糊规则进行推理和决策，实现PID控制器参数的实时优化，仿真及实验结果表明：此方法提高了系统的控制性能，具有较好的控制效果。关键词模糊控制PID控制电动舵机MATLABStudyofFuzzyself-turningPIDcon

2、trolofelectromechanicalactuatorCaojing1，2zhujihong1，1DepartmentofComputerScienceandTechnology，TsinghuaUniversity,Beijing1000842JiangsucollegeofInformationTechnology，wuxijiangsu210106Abstract：Thetextintroducesakindofself-turningFuzzy-PIDcontroller,itisusedontheelectromechanicalactuatorpos

3、itionservosystem.ItovercomessomedefectsofsimplyfuzzycontrolandtraditionalPIDcontrol,Thereal-timeoptimizationofthecontrolparameterofPIDcontrolleriscarriedoutbyfuzzyreasoningandstrategy.Thesimulationandexperimentresultsshowthatthismethodimprovesthecontrolperformanceofsystemandhaspreferable

4、effects.Keywords：FuzzycontrolPIDcontrolelectromechanicalactuator(EMA)MATLAB1引言电动舵机（EMA）由于具有结构简单、重量轻、负载特性好和可靠性高等优点，因而在无人驾驶飞机（UAV）、导弹、航天器等飞行器中得到越来越广泛的应用。传统PID控制以其实时性好、易于实现等特点广泛应用于控制系统，只要正确设定参数，PID控制器便可实现其作用，但由于舵机系统存在着非线性、时变性等不确定因素，此时，PID的控制效果将难于达到预期的目标。而模糊控制对控制对象的非线性、时变性等具有较强的适应能力，其灵活性和鲁棒性

5、较好，并且控制简单，在电机控制领域应用非常广泛。但在模糊控制的系统中很难完全消除稳态误差，一般情况下，控制精度不太理想。针对上述两种控制器的特点，为了提高舵机位置伺服系统的控制性能，本文设计了一种模糊自适应PID控制器，兼顾了两种控制方法的优点，通过模糊规则进行推理和决策，在线整定PID控制器的三个参数，实验结果表明，该控制器结构简单，效果良好。2电动舵机数学模型的建立电动舵机位置伺服系统中的主要执行部件是稀土永磁无刷直流电机，由于其气隙磁场、反电势以及电流是非正弦的，故直接利用电动机本身的相变量来建立数学模型。以二相导通星型三相六状态为例，为了便于分析，假设电机：（1

6、）磁路不饱和，忽略磁滞、涡流损耗的影响，忽略高次空间磁势谐波的影响；（2）三相绕组完全对称，气隙磁场为方波，定子电流、转子磁场分布皆对称；（3）电枢绕组在定子内表面均匀连续分布；（4）忽略齿槽、换相过程和电枢反应等影响；（5）转子上无阻尼绕组，永磁体也不起阻尼作用；根据三相绕组电路回路的电压平衡关系可列出下列微分方程[1]：RiiLMMMLMMML00............ueasaaa........=................+........p........+........Rii00(1)uebbbbsRii00uecsccc式中：ua，ub，uc为定

7、子相绕组电压；ia，ib，ic为定子相绕组电流；ea，eb，ec为定子相绕组电动势；Rs代表电机绕组电阻，L为每相绕组的自感；M为每两相绕组间的互感；p为微分算子，p=d/dt。三相绕组为星形连接，且没有中线，则有iib+ic=0(2)+aMiMi=.Mi(3)+因此，可得bac由（1）、（2）、（3）式可得电压方程为iRLMii00.00............................uueasaaa....=........+............+........RiLM000.0(4)pebbbbsRiLMi0000.u