基于模糊 pid 多伺服电机交叉耦合同步控制

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1、北京石油化工学院学报第22卷第4期Vo1．22NO．4JournalofBeijingInstituteof2014年12月Dec．2014Petro～chemicalTechnology基于模糊PID的多伺服电机交叉耦合同步控制程斯一，纪文刚，王志俊(北京石油化工学院，北京102617)摘要：在多电机的运动控制中，确定合适的同步控制方法来提高多台伺服电机的同步控制精度一直是研究的重点。通过建立交流伺服系统模型，采用交叉耦合方式设计多电机同步控制器，并利用模糊PID算法整定PID参数，达到提高同步性的目地。在所建立的多电机控制模型的基础上，运用主从方式、常规PID交叉

2、耦合方式以及模糊PID交叉耦合方式分别进行实验，分析了两电机的速度曲线与同步误差。结果表明，模糊PID交叉耦合方式具有更小的动态速降与恢复时间，具有更好的同步性能。关键词：多电机同步；交叉耦合；模糊PID；伺服系统中图分类号：TP273文献标志码：A传统的运动控制通常是对单电机进行控与交叉耦合控制策略相结合的方式对2台电机制，这种方式只适用于功率小且控制对象单一进行同步控制。的场合，随着控制系统的复杂化，单轴控制方式1交流伺服系统模型不再适用。而在对多个电机进行控制时，电机之间的同步性一直是控制的重点与难点。同步伺服系统电流速度双闭环系统中包含速度控制方式主要包括并行

3、同步、主从同步、虚拟主环调节器、电流环调节器、PWM发生器、逆变轴同步以及交叉耦合同步。换相器、电流与速度反馈检测装置l6]。其中电在经典的控制方式下，仍有一些同步性问流调节器与速度调节器均选为PI调节器，根据题有待解决，由参数不确定带来的稳定性问题一般永磁同步电机建模规则，将PWM发生器、依然存在]。随着控制理论的不断发展，更多三相逆变器与逻辑电路简化为一阶惯性环节，的先进控制理论被用到同步控制中，与基础控并在电流采样前加低通滤波器，同样在速度环制方式相结合，控制系统的同步性进一步提高。前向通道加入平衡滤波环节，并在反馈回路加祝淑萍采用单神经元自适应PID控制方式入

4、低通滤波环节。进行双直线电机驱动的速度前馈补偿，用于抑一般实验中所用伺服电机为小功率电机，制不同步引起的扭矩不平衡。willisl3在对多功率不超过400W。针对400W的Mecapion台直流电机进行同步控制时，设计了基于人工电机进行建模，其各项参数为，电磁电感K一神经网络的自整定PID控制器，提高了系统的0．65mH，转动惯量J一0．03kg·m，电机电同步性能。陈静[4]在设计同步控制器时结合了阻R一0．11Q，反电势k一0．017V，电磁转矩模型参考自适应算法与模糊控制算法，用这种T一1．58N·m／A，电磁时间常数T一0．255方式确保了同步控制精度。曹玲芝

5、等_5在对多ms，磁滞系数D一0．05。伺服电机分辨率为台高精度感应电机的同步控制研究中，采用了2500pulse／s，4倍频采样，根据上述参数确定相邻交叉耦合的控制策略，控制算法选用滑膜的仿真模型如图1所示。变结构控制算法r5]。采用模糊PID控制理论为使仿真模型效果最好，分别对电流调节器与速度调节器参数进行整定。调整Kr、K，收稿日期：2014—05—14使输出速度曲线具有一定超调，且不发生震荡。作者简介：程斯一(1988一)，男，硕士，研究方向为运动控制与系统集成，E—mail：chengsiyi@bipt．edu．an。在调节过程中，比例系数过大或者积分时间常

6、第4期程斯一等．基于模糊PID的多伺服电机交叉耦合同步控制5533221lrl二_·t．厂]i¨ir—fI厂1am_口l口姗姗0，，：L～广—]I、l2．!!=!l’一’广．图交流伺服系统仿真模型数过小会造成系统震荡，而比例系数太小会使发生扰动以及停机的过程中，轴之间会产生不系统响应变慢，积分时间常数过小会使系统阻同步的现象，并且在主参考值和每个轴之间会尼变大，反应迟缓。最终，通过临界比例度法，存在一个恒定的偏差。交叉耦合控制方式能克确定速度调节器的比例系数一．，积服其他几种控制方式存在的缺点，实现较好的分系数n一3．34，电流调节器的比例系数K。同步性能。交叉耦合控

7、制结构如图所示。一8，积分系数一．，得到电机速度曲线如图2所示。系统超调量较小，且没有震荡，符合Ilf转速反馈l仿真要求。lIlIl交叉耦合——__J墼剑量—]I[堕喜图交叉耦合控制结构蔷辩采用交叉耦合控制方式对台电机进行控制。交叉耦合控制将电机的反馈速度进行比图伺服系统仿真曲线较，所得的差值经过交叉耦合控制器的处理后作为2轴速度的补偿值。由于这一补偿值的存2双电机同步控制在，系统任一轴负载发生变化时，2轴的速度能同时跟踪到，因此，这种控制方式下2电机同步2．1双电机同步控制策略性较好。传统的运动控制通常是对单轴进行控制，2．2模糊控制器这种方式只适