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          EEPW首頁 > 工控自動化 > 設計應用 > 噴漿機器人電液伺服系統(tǒng)的模糊自適應整定方法

          噴漿機器人電液伺服系統(tǒng)的模糊自適應整定方法

          作者: 時間:2012-12-21 來源:網(wǎng)絡 收藏

          1 引言

          噴漿是用來在礦山巷道支護中進行自動噴射混凝土的機械電子裝置,是一個高度非線性、強耦合和變參數(shù)的多變量系統(tǒng),其主要控制系統(tǒng)是一個由微機控制的電液。電液伺服控制可實現(xiàn)位置控制、速度控制、壓力控制和同步控制,由于其顯著優(yōu)點及易于實現(xiàn)自動化的特點,而被廣泛應用于工業(yè)領域且發(fā)展迅速。電液綜合了電氣和液壓兩方面的特長,具有體積小、質(zhì)量輕、響應速度快、輸出功率大、控制精度高、信號處理靈活、易于實現(xiàn)各種參量的反饋等優(yōu)點,在現(xiàn)代工業(yè)技術中占有舉足輕重的地位。

          PID控制在生產(chǎn)過程中是一種最普遍的控制,在冶金、機械、化工等行業(yè)中獲得廣泛應用。實際中,對于電液而言,傳統(tǒng)PID控制算法能夠很好的完成預定的控制要求。然而,PID控制器的參數(shù)很難一次確定下來,其參數(shù)的選取往往取決于經(jīng)驗,并且在實際中微調(diào)也比較困難。然而,利用控制理論來自整定反饋控制律中的PID參數(shù),它無需精確確定對象模型,只需將操作人員長期積累的經(jīng)驗知識用規(guī)則模型化,然后運用推理獲得最優(yōu)的控制參數(shù),能夠很好的克服這方面的不足。文獻針對存在參數(shù)不確定性的電液位置伺服系統(tǒng)的跟蹤控制問題,基于滑??刂评碚?,提出了一種具有參數(shù)自能力的自滑模控制。文獻在不影響滑模變結(jié)構(gòu)控制魯棒性的情況下,在常規(guī)的滑模變結(jié)構(gòu)控制中引入模糊自學習控制

          本文將以控制某型噴漿的重要關節(jié)--槍桿旋轉(zhuǎn)的電液位置伺服控制系統(tǒng)為研究對象,建立噴漿機器人槍桿的旋轉(zhuǎn)電液位置伺服系統(tǒng)的數(shù)學模型,并設計了一種新的電液伺服系統(tǒng)的模糊自適應整定PID控制方法,把經(jīng)典的PID控制與先進的模糊控制相結(jié)合,然后運用推理實現(xiàn)對PID參數(shù)的在線最佳調(diào)整。論文給出了控制算法的詳細的設計過程和步驟,與傳統(tǒng)PID控制相比,有效抑制了系統(tǒng)擾動和不確定性,提高了電液伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性。

          2 電液伺服系統(tǒng)模型

          液壓伺服系統(tǒng)一般由反饋測量元件、輸入元件、轉(zhuǎn)換放大裝置、執(zhí)行機構(gòu)和控制對象五個部分組成。其典型的結(jié)構(gòu)如圖1所示:

          1.jpg

          圖1 液壓伺服系統(tǒng)的構(gòu)成

          本設計以控制某型噴漿機器人槍桿旋轉(zhuǎn)的電液位置伺服控制系統(tǒng)為研究對象,系統(tǒng)采用了電液伺服閥控制液壓馬達的控制方式,采用文獻中模型,依據(jù)電液伺服閥液壓控制回路實際情況,我們畫出其控制系統(tǒng)框圖如圖2所示:

          2.jpg

          圖2 控制系統(tǒng)方框圖

          根據(jù)系統(tǒng)的具體要求,選擇合理的伺服放大器,伺服閥,液壓馬達,槍桿和傳感器,計算確定各自的傳遞函數(shù),根據(jù)各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可以得到伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為:

          http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121109/066F0A26066A7D4A.jpg

          式中,http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121109/63B1B5B0F6DBEA57.jpg為工作臂的轉(zhuǎn)角,http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121109/500DBBA331F07D19.jpg為輸入控制信號。

          3 模糊自適應控制器設計

          3.1 PID控制

          在模擬控制系統(tǒng)中,控制器最常用的控制方式是PID控制。模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖3所示:

          3.jpg

          圖3 PID控制系統(tǒng)原理框圖

          PID的控制率為:

          http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121109/3624F83C4418983D.jpg

          3.2 模糊自適應PID控制

          由于PID控制器參數(shù)很難一次確定下來,其參數(shù)的選取往往取決于經(jīng)驗,實際中采用試湊法進行PID參數(shù)整定時,過程繁雜.非常耗時,而且難得到最優(yōu)的PID控制器參數(shù)。總而言之,PID控制器的參數(shù)整定需要經(jīng)過大量的、反復的實驗才能確定較優(yōu)值。然而,利用模糊控制理論來自適應整定反饋控制律中的PID參數(shù),它無需精確確定對象模型,只需將操作人員長期積累的經(jīng)驗知識用模糊理論控制規(guī)則模型化,然后運用模糊推理獲得最優(yōu)的控制參數(shù)。

          因此,我們設計電液伺服系統(tǒng)模糊控制框圖如圖4所示:

          4.jpg

          圖4 模糊自適應PID電液伺服控制器

          上圖所示的控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)反饋系統(tǒng),誤差http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121109/82517C67BB0F9C43.jpg,誤差變化為http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121109/B6DD6133EE4A2F6C.jpg,輸入信號為工作臂期望轉(zhuǎn)角http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121109/7E5BC3AF5612F290.jpg,輸出信號為工作臂實際轉(zhuǎn)角http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121109/D46319B20D6901E3.jpg,http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121109/8C7789E04B2EE038.jpg是電液伺服系統(tǒng)的控制輸入,也是模糊自適應控制器的輸出。


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