一种新型伺服系统智能PID控制器的设计

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1、第３１卷第５期四川兵工学报２０１０年５月【武器装备】一种新型伺服系统智能ＰＩＤ控制器的设计许可，刘建都，李晓鹏（空军工程大学导弹学院，陕西三原７１３８００）摘要：提出了一种自适应模糊神经网络ＰＩＤ控制器的设计方案。把模糊神经网络控制和常规ＰＩＤ控制结合起来，对控制系统的比例、积分和微分参数进行在线自整定。在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中的仿真结果表明，这种智能ＰＩＤ控制器的控制效果优于单纯的ＰＩＤ控制，超调量小，抗干扰性能强，对变参系统的鲁棒性强，满足在线适时自适应控制的要求。

2、关键词：自适应控制；模糊控制；ＰＩＤ控制；ＡＮＦＩＳ中图分类号：ＴＪ７６８．２文献标识码：Ａ文章编号：１００６－０７０７（２０１０）０５－００１９－０３某武器系统的伺服系统采用常规ＰＩＤ控制，其设计思引导、模拟引导和手动控制等位置回路工作方式，分别进路是在位置环和速度环（见图１）均采用ＰＩ控制。该控制行位置校正运算，并将运算结果送给速度控制器。结构的特点是：速度环具有一定的抗干扰能力，使得速度速度回路是角伺服系统的重要组成部分，直接担负着环的传递函数近似为一阶系统；位置环采用分段控制，即对发射架方位和仰角的驱动，整个伺服系统的性能如何也分为调转和跟踪２个控制

3、过程，当前位置值和位置指令误与速度控制器直接有关。差较大时采用Ｂａｎｇ－Ｂａｎｇ控制，即为快速调转过程，当误差较小时采用前馈＋ＰＩＤ控制结构，以实现精确跟踪。实践表明，该方法在负载不变或变化不大的情况下具有良好的跟踪性能，并具有一定的抗干扰能力（如抗风能力），但是在负载变化较大时，跟踪性能明显下降。由于现代武器系统大部分都是大惯量、变负载的伺服系统，在工作过程中要受到多种强干扰因素的影响，传统的控制方法在控制伺服系统时显得力不从心。近年来，模糊逻辑控制和神经网络控制相继被引入到伺服系统的控图１伺服系统框图制中，用于解决传统控制方法所遇到的困难。２智能控制器的

4、设计１伺服系统２．１智能ＰＩＤ控制器的结构某武器系统的伺服系统采用的是计算机控制的机电智能ＰＩＤ控制器的结构如图２所示。式控制系统，它由２个相互独立、工作原理相同的分系统（即方位角系统和高低角系统）组成。角伺服系统的输入信号为武器指控中心或指令产生单元的输出信号，其变化规律一般是无法预先确定的，对角伺服系统的基本要求是，使其输出量以尽量小的误差跟随输入量的变化，即系统的输出量能迅速平稳地跟踪输入信号的变化，工作原理如图１所示。伺服系统的各个控制器的功能如下：位置控制器综合来自单脉冲接收机、连续波接收机等设备的信息，构成单脉冲自动跟踪、连续波自动跟踪、微光电视

5、自动跟踪、数字图２智能ＰＩＤ控制器的结构收稿日期：２０１０－０３－０１作者简介：许可（１９８６—），男，硕士研究生，主要从事计算机控制技术研究。２０四川兵工学报图２中：ｙ（ｔ）是目标位置；ｒ（ｔ）是系统的实际位置；ｅ（ｔ）和网络中各层的关系及作用：ｅｃ（ｔ）是位置误差和位置误差的变化率，即第１层令ｘ１＝ｅ，ｘ２＝ｅｃ，则ｏ１１＝ｘ１，ｏ１２＝ｘ２。ｅ（ｔ）＝ｒ（ｔ）－ｙ（ｔ）第２层通过线性变换，将模糊控制器的输入变量，即ｄｅ（ｔ）期望位置与实际位置的差以及其变化率映

6、射到论域ｅｃ（ｔ）＝ｄｔ［－６６］上，示为ＮＬ，ＭＮ，ＮＳ，ＺＯ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＬ，同时，对这些式中Ｊ（ｔ）为目标误差函数１（ｒ（ｔ）－ｙ（ｔ））２，根据Ｊ（ｔ）由变量使用相同的高斯型隶属函数，即２ｘ－ａ２在线学习算法可以在线调整模糊神经网络的权值，使得控μ（ｘ）＝ｅｘｐ（（－ｂ）制器具有自学习的功能。其中：ａ表示高斯函数的中心；ｂ表示高斯函数的宽度。整个控制器的控制流程是：对系统的任一位置，首先在第２层中，每一个单元代表模糊分割后的一个模糊求得当前的位置误差ｅ（ｔ）和误差的变化率ｅｃ（ｔ），这２个子集，各个单元的活化函数就是相应的隶属函数Ａｉｊ，也就值经过

7、模糊化之后送入模糊神经网络进行推理计算。模是说这一层的输入是ｘ１和ｘ２，输出是模糊规则中条件部分糊神经网络针对当前的位置误差和误差变化率，经过运算的隶属度。之后得到一个输出值，随后再将这个数值输入ＰＩＤ调节器第３层将不同变量的不同模糊子集组合成相应的得到控制所需要的控制量，同时根据误差目标函数进行模规则，输入节点为第２层的输出，输出接点为各条模糊规则糊神经网络权值的学习调整。的激励强度（权值Ｗ）。２．２模糊神经网络控制设计第４层先将各条规则的激励强度进行归一化处理，模糊神经网络控制器采用的是自适应神经－模糊推即第ｉ条规则的归一化激励强度是该条规则的激励强度与

8、理系统（ＡＮＦＩＳ），该网络的输入是当前的位置误差ｅ