基於模糊自適應pid控制器的伺服電機轉速控制系統的製作方法
2023-06-16 04:41:36
專利名稱：基於模糊自適應pid控制器的伺服電機轉速控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種基於模糊自適應PID控制器的伺服電機轉速控制系統，屬於電機控制技術領域。
背景技術：
在採用常規的PID控制吋，比例、積分和微分三個參數的調整通常依靠經驗，是ー項非常費時費力的工作，且難以找到ー組合適的PID常數。將模糊控制理論和PID控制結合起來的模糊自適應PID控制，既有模糊控制靈活而適應性強的優點，又有PID控制精度高的優點，可以更有效地實現人的控制策略和經驗。
伺服電機系統具有精度高、工作可靠、控制簡單、成本相對較低等特點而被廣泛應用。在伺服電機閉環調速系統中，大多採用常規PID控制器，該控制方法應用廣泛，但要求對象為精確數學模型，參數是固定不變的，難以適應各種擾動及對象的變化。而由於伺服電機本身是ー個非線性的被控對象，傳統的PID控制策略在實際應用中難以保持設計時的性能。隨著模糊控制技術應用的日漸成熟，又由於模糊控制不依賴於被控對象的精確數學模型，能夠克服非線性因素的影響，對調節對象的參數變化具有較強的魯棒性，所以將模糊控制與傳統的PID控制結合已應用於許多領域。
實用新型內容本實用新型的目的是針對伺服電機閉環調速系統中採用的常規PID所存在的問題，提出了ー種系統響應速度快，超調量明顯減少，在線參數自整定能力強，具有較好的抗幹擾性，可獲得較好的動態特性，具有較強的自適應能力的基於模糊自適應PID控制器的伺服電機轉速控制系統。本實用新型的技術解決方案一種基於模糊自適應PID控制器的伺服電機轉速控制系統，包含伺服電機和驅動伺服電機運動的驅動電路，其特徵是，包括依次設置的位置模糊自適應PID控制器、速度模糊自適應PID控制器和電流模糊自適應PID控制器，由第一比較電路將伺服電機輸出的位置信號與給定位置信號進行比較，並將比較結果作為所述位置模糊自適應PID控制器的輸入信號，由第二比較電路將所述位置模糊自適應PID控制器的輸出信號與伺服電機的速度信號進行比較，並將比較結果作為所述速度模糊自適應PID控制器的輸入信號，由第三比較電路將所述速度模糊自適應PID控制器的輸出信號與所述驅動電路的輸出信號進行比較，並將比較結果作為所述電流模糊自適應PID控制器的輸入信號，所述電流模糊自適應PID控制器的輸出信號輸入所述驅動電路。伺服電機輸出的位置信號經ー微分電路轉換為伺服電機的速度信號，反饋輸入至所述第二比較電路。通過模糊控制規則和模糊推理確定模糊推理規則表，設置所述位置模糊自適應PID控制器、速度模糊自適應PID控制器和電流模糊自適應PID控制器中的比例、微分和積分三個參數的模糊推理規則表後，通過模糊推理規則表設置位置模糊自適應PID控制器、速度模糊自適應PID控制器和電流模糊自適應PID控制器中的控制參數。本實用新型所達到的有益效果本實用新型的基於模糊自適應PID控制器的伺服電機轉速控制系統將模糊控制與傳統的PID控制相結合，用於對伺服電機轉速進行控制，系統響應速度快，超調量明顯減少，在線參數自整定能力強，具有較好的抗幹擾性，可獲得較好的動態特性，具有較強的自適應能力。
圖I是本實用新型的結構框圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護範圍。如圖I所示，本實用新型的基於模糊自適應PID控制器的伺服電機轉速控制系統包括位置模糊自適應PID調節器、速度模糊自適應PID控制器、電流模糊自適應PID控制器、驅動電路、伺服電機和微分電路。其中，第一比較電路輸出端和位置模糊自適應PID控制器輸入端相接，位置模糊自適應PID控制器輸出端和第二比較電路輸入端相接，第二比較電路輸出端和速度模糊自適應PID調節器電路輸入端相接，速度模糊自適應PID調節器電路輸出端和第三比較電路輸入端相接，第三比較電路輸出端和電流模糊自適應PID控制器輸入端相接，電流模糊自適應PID控制器輸出端和驅動電路輸入端相接，驅動電路輸出端反饋輸入至與第三比較電路的反饋輸入端相接，驅動電路的輸出端同時和伺服電機輸入端相接，用於驅動伺服電機運行。同時，採集伺服電機的位置信號反饋輸入至第一比較電路的反饋輸入端，由第一比較電路將給定位置信號與採集的伺服電機的位置信號進行比較，並由第一比較電路輸出端將比較信號輸出至位置模糊自適應PID調節器。採集的伺服電機的位置信號同時經一微分電路轉換為速度信號，反饋輸入至第二比較電路的反饋輸入端，由第二比較電路將位置模糊自適應PID控制器輸出端輸出的信號與從反饋輸入端輸入的信號進行比較，並由第二比較電路輸出端將比較信號輸出至速度模糊自適應PID調節器。第三比較電路將速度模糊自適應PID調節器輸出的信號與從驅動電路輸出端反饋輸入的信號進行比較，並由第三比較電路輸出端將比較信號輸出至電流模糊自適應PID控制器。所述的三類位置、速度和電流模糊自適應PID控制器是在傳統PID控制的基礎上，通過模糊控制規則和模糊推理確定模糊控制表，在控制中通過對模糊控制表調整PID控制的參數，將模糊控制和PID控制器兩者結合起來，揚長避短，使其既具有模糊控制靈活而適應性強的優點，又具有PID控制精度高的特點。模糊自適應控制器的基本思想是當誤差大時，需加大誤差控制作用的權重，以快速消除誤差，提高系統響應速度；當誤差小時，需加大誤差變化量控制作用的權重，以避免超調使系統儘快進入穩態。根據上述規律，可設計模糊自適應PID控制器的比例、微分和積分三個參數的模糊推理規則表，從而設置相應的控制參數。控制系統中的控制對象是伺服電機，伺服電機系統在實際工作時，調速系統不同程度地存在著非線性、參數時變性和模糊不確定性，很難賦予系統控制輸入量以確切的數值，此時其控制效果就不十分理想，對此通常採用模糊控制策略，採用模糊自適應PID控制器來控制伺服電機的轉速。本專利中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神做舉例說明。本領域的技術人員可以對所描述的具體實施例進行變換及等同替代。因此，本實用新型發明不局限於 所公開的具體實施例，而應當包括落入本發明權利要求範圍內的全部實施方式。
權利要求1.一種基於模糊自適應PID控制器的伺服電機轉速控制系統，包含伺服電機和驅動伺服電機運動的驅動電路，其特徵是，包括依次設置的位置模糊自適應PID控制器、速度模糊自適應PID控制器和電流模糊自適應PID控制器， 由第一比較電路將伺服電機輸出的位置信號與給定位置信號進行比較，並將比較結果作為所述位置模糊自適應PID控制器的輸入信號， 由第二比較電路將所述位置模糊自適應PID控制器的輸出信號與伺服電機的速度信號進行比較，並將比較結果作為所述速度模糊自適應PID控制器的輸入信號， 由第三比較電路將所述速度模糊自適應PID控制器的輸出信號與所述驅動電路的輸出信號進行比較，並將比較結果作為所述電流模糊自適應PID控制器的輸入信號， 所述電流模糊自適應PID控制器的輸出信號輸入所述驅動電路。
2.根據權利要求I所述的基於模糊自適應PID控制器的伺服電機轉速控制系統，其特徵是，伺服電機輸出的位置信號經一微分電路轉換為伺服電機的速度信號，反饋輸入至所述第二比較電路。
3.根據權利要求I所述的基於模糊自適應PID控制器的伺服電機轉速控制系統，其特徵是，設置所述位置模糊自適應PID控制器、速度模糊自適應PID控制器和電流模糊自適應PID控制器中的比例、微分和積分三個參數的模糊推理規則表，通過模糊推理規則表設置控制參數。
專利摘要本實用新型公開了一種基於模糊自適應PID控制器的伺服電機轉速控制系統，由第一比較電路將伺服電機輸出的位置信號與給定位置信號進行比較後作為位置模糊自適應PID控制器的輸入信號，由第二比較電路將位置模糊自適應PID控制器的輸出信號與伺服電機的速度信號進行比較後作為速度模糊自適應PID控制器的輸入信號，由第三比較電路將速度模糊自適應PID控制器的輸出信號與驅動電路的輸出信號進行比較後作為電流模糊自適應PID控制器的輸入信號，電流模糊自適應PID控制器的輸出信號輸入驅動電路。系統響應速度快，超調量減少，控制精度高，在線參數自整定能力強，具有較好的抗幹擾性和動態特性，具有較強的自適應能力。
文檔編號H02P21/00GK202663351SQ20122028322
公開日2013年1月9日 申請日期2012年6月15日 優先權日2012年6月15日
發明者華民剛, 陳俊鳳, 費峻濤 申請人:河海大學常州校區