基于Fuzzy-PID控制的程控电流源设计

Design of Program-controlled Current Source Based on Fuzzy-PID ControlFAN Shan-dong ，CUI Shi-ming2(1.Colege of Electrical&Information Engineering，Heilongjiang Institute of Science&Technology，Harbin150027 China；2.Heilong jiang Forestry Vocation Technical Colege，Suihua 152061，China)Abstract：Traditional program-controled current source is controled based on the PID control algorithm，this controler is a classic andsophisticated controler and widely used in process control because of its simple principle，reliable and zero steady-state error perform-ance.But it is dificult to achieve the desired results in the system with non-linear and uncertainty characteristics.This article uses ad-vanced control algorithms which combine Fuzzy arithmetic with PID arithmetic，and it has a high control precision throng simulation。

Key words：inteligentized curent source；circuit with closed loop；Fuzzy-PID arithmetic电流源在仪器仪表标定、校验、设备检测中应用广泛，为了便于电流的设定与调节，实际的电流源都是通过压控变换电路实现，通过调节输入电压控制输 出电流的大校- 般都是采用开环控制，即利用微处理控制电路，经 D/A转换器和 V/[转换电路来实现。系统框图如图 1所示。

图 1 程控电流源开环电路这种实现方法是-种开环式的，通过调节输入电压手动调节输出电流的大小 ，但这种地阿牛的输出效果系统并不知道，造成电流的输出精度不高，无法达到高精度要求。

为此，在传统开环电路基础上利用控制系统中的反镭制，给电路加上反馈电路，软件上利用积分分离PID算法实现输出电流的精确控制 。

1 硬件设计系统利用 STC89C52单片机将被预置的电流通过换算由TLC5615进行D/A转换，实行电压输出，并驱动V/I转换实现电流输出，同时将该电流值对应的电压通过闭环回路，经信号处理电路，用高精度的采样电阻进行电流采样 ，利用 ADC0832进行 A/D转换输入单片机系统组成闭环负反馈，单片机系统通过PID算法调整电流输出，并驱动显示电路显示当前电流值。具体电路如图2所示。

以上电路是整个硬件系统，电源和显示部分没画，单片机系统用 5 V电源，V/I转换部分 用-412 V电源给OP07DP供电，显示用 1602显示。其中 v/I转换部分计算如下：： U i 其中K是 的增益，K。.25；2 模糊 PID控制器的设计系统硬件电路的设计使得整个电路构成-个闭环，为PID算法的实现提供了硬件基矗PID控制工业上很早应用的-种经典的控制策略，PID控制算法简单、可靠性高、鲁棒性好，被广泛应用到过程控制中。但它对具有非线性(饱和、时延、回程等)和不确定性等特征的系统很难达到预期效果。

2.1 系统的控制原理图在本系统中采用模糊与PID算法相结合的Fuzzg-PID控制，控制原理图如图3。

作者简介：范山东(1986-)，男，山东济宁人，硕士研究生，研究方向为矿山控制新技术。

· 128· htp：/ZZHD.chinajourna1.net.cn E-mail：ZZHD###chainajouma1.net.cn《机械制造与自动化》· 信息技术 · 范山东，等 ·基于Fuzzy-PID控制的程控电流源设计图2 系统硬件原理图图3 Fuzzy-PID控制器的原理图模糊推理过程为两输入三输 出的系统。两个输入分别为系统误差 和误差的变化率 EC，输出为 PID的三个控制参数 Kp，Kj和Kd。

2.2 模糊控制规则库和隶属函数的设计模糊控制设计的核心是总结工程设计人员的技术知识和实际操作经验，建立合适的模糊规则表。本文选用工程上最常用的线性控制规则库(表 1)和标准三角形隶属函数[-1，1](图4)～模糊化后的输入变量 E，E分为负大、负中、负孝零、正孝正中、正大七个模糊集合，分别表示为表 1中的 NL，NM，NS，ZR，PS，PM，PL。

Kp的语言变量为：NB，NM，MS，O，PS，PM，PBKi的语言变量为：NB，NM，MS，O，PS，PM，PBKd的语言变量为：NB，NM，MS，O，PS，PM，PBE和EC的论域均为：6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6Kp，Ki，Kd的论域均为：6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6表 1 线性控制规律库Machine Building Automation，dun 2013，41(J)：128～130，136NB NM NS Z PS PW P日 图4 输入和输出变量的隶属函数PID参数模糊整定就是找出PID三个参数与误差 E和误差变化率 EC之间的模糊关系，运行中通过不断检测E和EC，由模糊控制原理对三个参数进行实时修改，以用来满足不同E和EC对控制参数的不同要求，以致使被控制对象有良好的动、静态性能 引。

2.3 模糊控制查询表模糊控制的输出是-个模糊子集，这个模糊子集反映了控制语言不同取值的-种组合，需要对此进行反模糊化。应用模糊判决，求出相应的控制量，本文采用重心法，这种方法也称为质心法或面积中心法，此法是所有解模糊化方法中最为合理、最流行和引人关注的方法 ]。其数ro学表达式为e f (e)ede/f (e)de。

J 8 J e利用m文件生成模糊控制查询表，整理后的模糊控制查询表如表 2、表 3和表 4所示：· 129·· 信息技术 · 范山东，等 ·基于Fuzzy-PID控制的程控电流源设计表2 Kp模糊控制查询表表 3 Ki模糊控制查询表表 4 Kd模糊控制查询表E EC- 6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6- 6 -5 -5 -5 -4 -3 -3 -3 -2 -2 -1 0 l O- 5 -5 -5 -5 -4 -3 -2 -2 -2 -2 -1 1 l 1- 4 -5 -5 -5 -4 -3 -2 -2 -2 -2 -l O 1 O- 3 -5 -4 -4 -3 -2 -2 -2 -l -1 l 2 2 21 -3 -2 -2 -1 -1 1 2 2 3 4 4 5 52 ～3 -2 -2 -l 0 2 3 3 3 4 4 5 63 -1 -1 -1 1 2 2 3 4 4 4 5 5 64 0 1 O 2 3 3 3 4 4 5 6 6 65 1 1 1 2 3 3 4 4 4 5 6 6 66 0 1 O 2 3 3 4 4 4 5 6 6 62.4 系统仿真用上述方法分别设计 PID，FLC和 Fuzzy.PID控制器 ，FLC和 Fuzzy.PID的模糊控制规则库和输入输出变量隶属函数与 2.2条相同。下面是三种控制器的性能比较，和Fuzzy。PID控制器在三种参数的性能比较 J。

a)三种控制器的参数设计为：1)PID：Kp0.4，Ki0.09，Kd0.5；2)FLC：Kp1，Ki0.45.Kd2.4；3)Fuzzy-PID：Kp0.7，Ki0.2，Kd0.6；在单位阶跃信号输入下，三种控制系统的仿真结果如图 5所示。

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1图5 三个控制系统的仿真b)三种参数下的 Fuzzy-PID控制器的响应 曲线：1)Kp0.5，Ki0.1，Kd：0.5；2)Kp0.65，Ki0.12，Kd：0.6；3)KpO.45，Ki0.12，KdO.5；在单位阶跃信号输入下，其响应曲线如图6所示。

图 6 三组参数下 Fuzzy.PID系统的响应线- 1 -4 -4 -3 -2 -1 -1 1 2 2 4 4 4 4O -3 -3 -3 -2 -2 -1 0 2 3 4 4 4 4· 130·(下转第 136页)htp：∥ZZHD.chinajourna1.net.cn E-mail：ZZHD###chainajouma1.net.cn《机械制造与自动化》· 信息技术 · 秦绪红，等 ·基于标志点的三维数据拼接方法研究测量结果证明：虽然 ICP参与计算的数据量 比较大，但其拼接精度较高；SVD和四元数算法精度相当，因而采用 ICP算法对双球长杆的球心距进行拼接精度测量。多次测量数据(保留小数点后三位有效数字)如表 1所示：表1 采用 ICP算法的多次测差数据1 999.775999.723999.751999.827999.613999.638999.676999.748999.824此方法能够较好地实现测量数据的拼接 ，拼接误差在空间上分布较均匀 ，其精度完全可以满足实际的需求 ，且测量范围不受限制，具有较好的曲面特性，对后续的物体曲面建模提供便利，同时也适用于大型物体的测量。

3 结论本文探讨了基于标志点的三维物体拼接技术。在获得物体不同视角下三维点云数据的基础上，对 ICP，SVD和四元数法的点云拼接技术进行了实验分析。实验结果证明：ICP法能较好地实现大型物体的三维数据拼接 ，精度较高，非常适用于实际应用。