两轴转台控制方法研究及simulink仿真.pdf

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1、Vo1．42No．1计算机与数字工程总第291期22Computer&DigitalEngineering2014年第1期两轴转台控制方法研究及simulink仿真李世站李静(西安工业大学电子信息工程学院西安710032)摘要转台是一种复杂的机电耦合设备，对其进行研究有重要的现实意义，其品质的优劣直接关系到系统应用的可靠性和置信度，论文深入研究了系统的控制算法，设计了模糊PID参数控制器并进行了仿真实验。关键词转台；模糊PID；仿真实验中图分类号TP391DOI：10．3969／j．issn1672—9722．2014．01．006Two-axisTurntableCont

2、rolMethodandSimulinkSimulationLIShizhanLIJing(SchoolofElectronicandInformationEngineeringofXi’anTechnologicalUniversity，Xi’an710032)AbstractTurntableisacomplexelectromechanicalcouplingdevice，whosestudyhasimportantpracticalsignificance．Itsqualityisdirectlyrelatedtothemeritsoftheapplicationo

3、fthesystemreliabilityandconfidence．Thisarticleresearchesthesystem’Scontrolalgorithm，designsfuzzyPIDcontrolsystemandconductssimulationexperiments．KeyWordsturntable，fuzzyPID，simulationClassNumberTP391在转台控制系统中，电机与台体的框架之间虽然是l引言直接连接，但不是理想的刚性连接，存在一定的弹论文分析了某型两轴转台，并对其建立了数学性形变，从根本上说属于弹性连接，即从电机到框模型[

4、】卅]。闭环控制算法常用的PID控制方法主架之间存在弹性模态，建模时必须予以考虑E川]，要是针对有确切模型的线性过程，其PID参数一经这也是正确设计控制系统的前提条件[9~1o]。确定后无法随着对象的变化而调整。而模糊控制转台控制系统的动力学方程可用如下的方程主要是模仿人的控制经验而不依赖于控制对象的式来表示：模型，主要研究那些在现实生活中广泛存在的、定转矩平衡方程式：性的、模糊的、非精确的信息系统的控制问题，但由J‘，M—一丁』M一』L(1)，于它对信息进行简单的模糊处理会导致被控系统控制精度的降低和动态品质变差。针对这种情况，在式(1)中，‘，M为电机转动惯量，为电机轴

5、把模糊控制和常规PID控制有机地结合在一起，即转角，TM为电机输出力矩，n为扭曲力矩。扭曲力矩方程式：采用了模糊PID控制方案对两轴转台进行控制，并对仿真实验结果进行了比较。瓦===Ks(一)(2)在式(2)中，为扭曲力矩，Ks为转轴的机械2两轴转台的数学模型的建立刚度，为电机轴转角，为框架转角。转矩平衡方程式(2)：转台数学模型的建立是控制策略的基础n~，+BLdOr——TD(3)模型的建立为今后控制算法的设计奠定了基础。L收稿日期：2013年7月11日，修回日期：2013年8月27日作者简介：李世站，男，硕士研究生，研究方向：智能控制理论与方法。李静，女，教授，研究方向

6、：控制理论与控制科学、图形处理与计算机视觉。2014年第1期计算机与数字工程23在式(3)中，为扭曲力矩，丁D为干扰力矩(包对式(1)～(5)进行拉氏变换，可得系统的传递括摩擦力矩及外部干扰力矩等)，为框架转角，J函数为为负载转动惯量，为粘性阻尼系数。O一(1．8一一s一一丽直流电动机电磁转矩方程式：TM—KTJ。(4)3常规PID优化控制在式(4)中，为电机输出力矩，K为电机力矩系数，L为电枢电流。直流电动机电势平衡方程式：KE+L。+兄I。一。(5)“t“t在式(5)中，‰口为电机电枢电压，K为反电势系数，为电机轴转角，L为电枢电感，I为电枢图1常规PID控制仿真图电流

7、，R。为电枢电阻。1-·-一一L·一---I-一一一一一--一一-L一一·-I--一一一06研究所选用的电机是永磁式直流力矩电机，所⋯0一I，．02⋯’选电机的具体参数如下所示：卜-¨。一—02电枢绕组电阻R===O．66~kg；：：：：：E：：f====：—06iI—1电机转动惯量JM一0．02kg·m2；反电动势系数KE一0．36v／rad／s；图2常规PlI)Simulink图3常规PIDSimulink力矩系数KT一1．8N·m／A；的阶跃信号仿真结果的正弦信号仿真结果电枢电感L。一0．005H；4模糊PI