(4)反模糊化
进行反模糊化时,
若采用重心法,结果精确但软件实现较困难;采用最大值法,虽结构简单,但结果不精确。
所以选用加权平均法,兼顾了二者的优点。
加权平均法可用下式表示: 其中,
μ(Ui)、Ci 分别为各元素 Ui 在集合中的隶属度
和加权系数。
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(5)量化因子 Ke、Kec 和比例因子 Ku
的选择
K
e
、
K
ec
和
K
u
选取的基本依据为:
K
e
=n/x
e
,K
ec
=
m/x
c
,
K
u
=
y
u
/
l,可加以适当调整,其中 x
e
、
x
c
、
y
u
分别为
e、e、u 的基本
论域,
n、m、l分别为 e、e、u 的基本论域的量化等级。量化因子 Ke、Kec 决定了 Fuzzy 控制
器对
e 和 e 的分辨度,提高控制精度要选用较大的 Ke、Kec,但是较大的 Ke 容易出现振荡
Kec 太大会使系统的响应速度变慢;Ku 选取得太小会使系统响应缓慢,但 Ku 选得太大会
使系统振荡,因此,实际设计需折中考虑和仿真寻优。
3 仿真实验研究
将上面讨论的模型参考自适应 PID 控制器用于液压伺服位置控制系统中,根据性能指标
超调量
σ≦%,tn≦150ms(或闭环频宽 f≧10Hz)的要求,取参考模型为: 设定值为幅值
为
5mm 的方波信号,阻尼比 ζn1=0.4+0.1sin(0.1t),K0=37.68+
0.8sin(0.1t
)。
选择模糊控制器的参数,K
e
=
2,K
ec
=
0.025,K
u
=1.15;选择 PID 控制器的参数,当|
e|≦0.4 时,K
l
=
6;当|e|>0.4 时,K
l
=
0;K
d
=
0.0012,Kp 由模糊自适应机构在
线整定。为便于观察下面变积分系数的效果,在
t=0.5 秒时,给系统加一个 f=-
0.2v(对应于图 1 中 F
l
=
350kg 的负载力)的扰动。以液压伺服系统为被控对象,系统
的响应曲线如图
4
所示。
另外,为说明使用变积分系数的效果,运用上述模型参考模糊自适应系统,仅将变积
分系数改为积分系数为恒值,然后进行仿真。当
K
l
=
6 时,控制系统消除稳态误差的性能好
于图
5(a)中的 yp,但超调量逐渐变大,此时若减小 Ku 虽然能减小超调量,但过渡过程
时间将变长。当
Kl=6 时,控制系统的响应曲线如图 5(b)所示,此时系统超调量过大。
通过图
4 和图 5 比较可知,采用变积分系数的方法时,能同时兼顾系统的稳态精度和
动态特性。而在普通的
PID
控制中这是一对较难解决的矛盾。
4 结束语
为克服液压伺服系统中被控对象参数的时变性给系统带来的不良影响,本文利用模型
参考自适应的思想设计了其模糊自适应
PID 控制器。同时,为了简化控制器的设计,克服
系统中存在的常值负载扰动,提高系统的稳态精度,对模糊自适应
PID 控制器中的积分系
数利用变积分系数的方法,这样使控制系统既能消除稳态误差又能有较快的动态响应性能。
参考文献
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