伺服控制系统的模糊优化及其参数自整定-论文.pdf

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1、第39卷第6期西南师范大学学报(自然科学版)2014年6月Vo1．39No．6JournalofSouthwestChinaNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Jun．2014伺服控制系统的模糊优化及其参数自整定①周国清，李雷1．重庆电子工程职业学院建筑与材料学院，重庆401331；2．重庆大学自动化学院，重庆400044摘要：针对一次性整定的控制参数很难确保伺服控制系统始终处于最佳状态，探讨了伺服控制系统的模糊优化及其参数自整定．分析了参数调整的模糊性，研究了控制参数

2、的整定原则及其自整定机理，基于动态特征提出了评价函数，讨论了奖惩函数与奖惩自学习算法，设计了参数自整定的伺服控制系统结构．系统仿真实验与实际工程运行结果显示，提出的算法可将系统精度稳定地控制在期望的范围内．工程应用效果表明，该方法控制精度高，鲁棒性强，可满足高精度伺服控制系统的工况需要．关键词：伺服控制系统；模糊PID控制器；模糊优化；控制参数自整定中图分类号：TP273文献标志码：A文章编号：1000—5471(2014)6—0078—06伺服系统又称随动系统，很多情况下是专指被控制量如机械位移或位移速度、加

3、速度等能够精确地复现或跟随某个过程的负反馈控制系统，该系统在控制方法上与其他形式的反馈控制系统并无原则区别．随着控制技术的快速发展，尽管涌现出了许多优秀的控制器，但是传统及其改进型的PID控制器在工业控制系统中至今仍然占主导地位．存在问题是：控制器由人工一次性整定设置，在运行过程中很难保证系统始终处于最佳状态．此外，一旦受到内外扰动影响，系统就可能偏离期望状态，因此控制器参数如何选取是控制器设计的难题．由于系统性能指标相互间往往互不兼容，如快速响应性好平滑性未必尽人意，鲁棒性强控制精度未必就高_4]．系统各控制

4、参数对系统性能指标贡献的侧重点是不同的，如何合理整定与搭配比例、积分与微分增益系数K、K、K。的调整值，运行过程中如何不断调整、修正控制参数以确保系统始终处于优化状态，鉴于人工调整选择参数具有模糊性，需要总结控制经验与制定规则，经过反复试凑才能取得，因此如何确保控制量、误差和上升时间等在某种约束条件下决定取舍，以达到伺服系统整体跟踪性能优化是值得研究的E5-71．1控制参数整定原则及其模糊性标志系统性能的主要指标有快速性(响应速度)、稳态精度、超调量与稳定性等．在PID控制器中，影响指标的关键因素在于K、K和K

5、o等3个控制参数的选择与合理搭配．K对系统的贡献在于提高系统的稳态控制精度与加快系统响应速度，但是受到过大的K可能导致系统不稳定的制约；K的贡献主要表现在有利于消除稳态控制误差，K。有利于改善系统的动态特性．如何整定控制参数与系统误差e及其对时间的变化率ec紧密相关．在图1所示的负反馈闭环控制系统中，r()，()分别为系统的输入与输出，P(￡)一r()一(￡)表示系统的误差，()为控制器的输出．位于误差e及其变化率ec构成平面不同区域的①收稿Ft期：2013—11—14基金项目：重庆市教委支持项目(2012—0

6、9—3—314)．作者简介：周国清(1968一)，男，重庆市人，副教授，主要从事建筑智能化系统控制方面的教学与研究工作第6期周国清，等：伺服控制系统的模糊优化及其参数自整定79点其特征模型是不同的]，如图2所示．图2不仅反映了按照运行状态识别与相应控制模式选择的定型决策过程，同时也预示了对指定控制模式的定量控制方法．分图1闭环负反馈控制系统析图2可知，参数自整定原则直接与leI和lecI有关，这里可粗略分析如下：当fef变化时，①当fef较大时，为提高响应速度，JLK可取较大的值，此时如lI较大，K。值也应相应

7、取123321较大，如ll较小，K。值可相应取较小；为避免超调，防止积分饱和，一般K，值取较小．②当leI为中等大小44时，为减小超调，K应取较小的值，K和K。取值适中-el．e2：’。：e3e2elR：一’．：r4：～-’4g即可，以避免响应速度太慢．③当Iel较小时，K和K。i-取值应加大以确保系统的稳态性能，为提高抗干扰性能123‘83●．21_-并避免系统在设定值附近振荡，通常K。值取较小．■-⋯-·⋯··(8，)当Il变化时，①当lecl较小时，较大的K、K取值可确保较快的响应速度，为提高抗干扰性能，

8、当1el图2控制特征模型较小时，Ko取较小值，当Ie1较大时，K。取中等大小值即可．②当ll为中等大小时，加大K和K可加快响应速度取得较好的稳态性能，较小与适中的K。值可避免系统在设定值附近振荡与提高抗干扰性能．③当}ecl较大时，为防止产生超调并保证系统响应速度和稳态性能，K取值较小，K取值尽可能小，K。值可取较大．由上述可见，人工调整选择参数具有模糊性，需要总结控制经验与制定控制规