基于CAN總線的模糊PID張力控制系統(tǒng)

2.2 模糊PID控制器的實(shí)現(xiàn)

2.2.1 隸屬函數(shù)及模糊PID控制論域值的確定

根據(jù)被控對(duì)象的不同，我們確定隸屬函數(shù)也不同，通常選擇隸屬函數(shù)的原則是根據(jù)被控對(duì)象的靈敏度來確定的，窄型隸屬函數(shù)反應(yīng)模糊集合具有高分辨率的特性，例如三角型。寬型隸屬函數(shù)反應(yīng)模糊集合具有低分辨率的特性，例如梯形。對(duì)于張力要求高精度的測量我們選擇三角形隸屬函數(shù)。輸入論域值的選取E、EC=[一3、
一2、一l、0、1、2、3]，輸出論域值的選取KP、KI、KD=[0、0．5、l、1．5、2、2．5、3]，語言描述分別為E、EC、為(NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB)七個(gè)語言變量。KP、KI、KD的語言描述為(ZO、PS、PM、PB)四個(gè)語言變量。隸屬函數(shù)分別如圖3、圖4所示。

2.2.2 輸入值的模糊化及模糊規(guī)則的確定

輸入值得模糊化及反模糊化是通過實(shí)際被控量的值與選擇論域值之間的量化因子及比例因子來確定的。根據(jù)不同張力傳感器的型號(hào)來確定A／D輸出值的大小。通用張力傳感器模擬量值為O-20mv，最大額定荷重2000KG。根據(jù)不同經(jīng)線強(qiáng)度的要求選擇張力值，例如經(jīng)設(shè)定值為1000KG，對(duì)應(yīng)的控制器的單極性數(shù)字量最大值為32000，則經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)化后得到的數(shù)字量為16000。假設(shè)該送經(jīng)張力的精度要求為20KG，則對(duì)應(yīng)的數(shù)字量的實(shí)際范圍為【一160，160】。則Ke=3／160=0．01875。模糊規(guī)則的確定是根據(jù)操作者得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得到的，有時(shí)也稱之為專家控制。模糊PID控制規(guī)則如圖5所示。

圖5 模糊PID控制規(guī)則表

3 模糊PID控制器在simulink中的仿真

在simulink中建立模糊PID張力控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)，如圖6所示。并通過matlab自帶的模糊FIS編輯單元與所建立的隸屬函數(shù)、規(guī)則表進(jìn)行設(shè)置。然后保存為fuzzy_pid．fis文件。Ke=0．01875，Kec=0．0l，控制對(duì)象選擇某工業(yè)常用系統(tǒng)函數(shù)，在maflab中運(yùn)行readfis(‘fuzzy_pid’)命令。設(shè)置采樣時(shí)間為0．0Is，步長為10s，輸入信號(hào)為單位階躍信號(hào)，輸出響應(yīng)函數(shù)如圖7所示，在系統(tǒng)運(yùn)行到6s時(shí)加入階躍為0．2的信號(hào)，其在經(jīng)過0．3s后恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值。當(dāng)設(shè)定值8000時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖8所示。

圖6 模糊PID張力控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)論

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)將CAN總線技術(shù)與模糊PID技術(shù)相結(jié)合，很好的解決了系統(tǒng)由于受外界干擾起的張力超調(diào)、系統(tǒng)震蕩、不穩(wěn)定等因素。通過simulink在線仿真實(shí)驗(yàn)，證明了該模糊PID張力控制系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性、魯棒性及可靠性等特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，根據(jù)所建立的隸屬函數(shù)與規(guī)則，在matlab中通過fuzzy函數(shù)建立模糊查詢表。通過SH7047高速單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)輸出量進(jìn)行查詢。從而實(shí)時(shí)在線調(diào)整PID中KP KI KD各個(gè)參數(shù)值，達(dá)到模糊PID的自適應(yīng)控制。