模糊PID控制在伺服系统中的应用

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高速机床要求进给系统要有与主轴高转速对应的高速进给系统，否则，不但无法发挥高速切削的优势，还会使刀具处于恶劣的工作条件下I I。同时，进给系统还需要具有较大的加速度才能在最短的时间和行程内达到-定的高速度。为了提高高速数控机床伺服驱动系统的性能，适应非线性因素如环境及外界干扰等对控制系统的影响，进而在稳定条件下，达到更高的动静态特性及更小的跟随误差。当前采用的控制策略主要为采用现代控制理论、智能控制理论中的-些控制方法独立或与现有控制方法复合来对直线电机伺服系统进行控制。在以上控制策略中，基于模糊控制理论的模糊逻辑控制器芯片已经进入市场，因其具有控制精度、高实时性好等，在伺服驱动系统中已有应用。理论上神经网络具有很强的信息综合能力，在能够保证计算速度的情况下，可以解决任意复杂的控制问题，但它对计算机硬件的要求较高，而目前缺乏相应的神经网络的硬件技术支持，其在直线伺服中的应用有待于神经网络集成电路芯片生产技术的成熟。专家控制常用于控制工作过程极为复杂的对象，其在伺服驱动系统中的研究与应用较少。但随着控制算法及计算机硬件的发展，智能控制策略将会作为直线交流伺服驱动系统中重要的控制方法 。

2 PID模糊控制器的设计2.1 PID模糊控制器的基本结构模糊控制是-种仿人思维的智能控制技术，在实际应月j巾，人们为了更好地发挥模糊控制的作用或改变模糊控制的功能，提出了多种改进的模糊控制器[31。采用 PID模糊控制器对高速机床驱动控制系统进行优化。在工业控制中，PID控制仍然是基本的和应用得最为普遍的控制方法。PID控制器常常以拉普拉斯变换/ 1 T 、形式写出，即： ( ) 奇 )E(s) (1)式中：u(s)，E(S)-控制器的输出、输入信号；K -比例增益； 积分时间常数； 分时间常数。为了消除高频 1：扰，在控制器的微分项中加有时间常数为 的滤波器， 在 (3～10)之间取值。

来稿日期：2012-07-19作者简介：罗进生，(1982-)，男，工程师，硕士研究生，主要研究方向：机械结构设计230 罗进生等：模糊PID控制在伺服系统中的应用 第5期对式(1)进行离散化处理，令采样周期为 ，得位置式 PID控制器为：) (1 Tu(z -1) ) (2)其 彘 速度式 PID为：u(kV)u(kV)-u(kT-V)k (1-2z～ 。) (1 ) (kT)(3)PID参数整定，就是根据被控特性和所希望的控制性能要求决定 K ， ， 三个参数。对于-般的工业生产过程，要获得较为精确的数学模型是很困难的，最早用实验的方法来整定 PID参数方法是 ZN法(Zieglarand Nicholes)。

如果用模糊逻辑来整定 PID控制算法中的参数 ，由模糊推理得到的结果就是PID参数的修正量。

为了达到所要求的控制性能，可选择 PID参数校正模糊规则：IF 1 is Ai， 2 is Bi， 3 is Ci， 4 is Di，THEN△ is E，ATi is ，△To is G ”j 1，2，·-，n)其中 Ai，Bi，，G 各个变量的模糊集。

对于性能指标，通成取 。为超调量， ：为 50%的响应时间，拍为上升时间， 为稳态误差。PID模糊控制系统结构框图，如图 1所示。

图 1 PID模糊控制系统Fig.1 PID Fuzzy Control System22模糊控制器的设计流程由于本设备其伺服驱动系统的复杂非线性，难以建立其精确的数学系统模型，所以有关对象知识的主要来源是领域专