基于不完全微分的模糊自適應(yīng)pid算法

《基于不完全微分的模糊自適應(yīng)pid算法》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、第40卷第12期西南大學學報(自然科學版)2018年12月(NaturalVol.40No.12JournalofSouthwestUniversityScienceEdition)Dec.2018DOI:10.13718/j.cnki.xdzk.2018.12.026基于不完全微分的模糊自適應(yīng)PID算法速度優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計①1,劉小雍2,賀娟3,熊中剛3,許寧3,李青2鄒江1.桂林航天工業(yè)學院機械工程學院,廣西桂林541004;2.遵義師范學院工學院,貴州遵義563002;3.遵義師范學院物理與電子科學學院,貴州遵義563002摘要:為提高平地機行走作業(yè)速度

2、的控制性能,協(xié)調(diào)解決外界干擾信號對系統(tǒng)造成的影響以及行走作業(yè)速度精度滯后和不穩(wěn)定性問題、將一階慣性環(huán)節(jié)加入模糊自適應(yīng)PID控制器的微分環(huán)節(jié)中,采用單片機作為行走作業(yè)速度的控制中心,提出了基于不完全微分的模糊自適應(yīng)PID算法速度優(yōu)化控制系統(tǒng).最后通過Matlab的Simulink仿真軟件,分別將不帶PID控制、PID控制和不完全微分模糊自適應(yīng)PID控制3種方式用于對人為給定速度干擾信號的控制仿真測試,驗證了不完全微分模糊自適應(yīng)PID算法的有效性和可靠性.關(guān)鍵詞:平地機;速度優(yōu)化控制;不完全微分;PID算法;模糊自適應(yīng)中圖分類號:TP273+.2文獻標志碼:A文章

3、編號:16739868(2018)12017306目前機械化平地對我國農(nóng)業(yè)的大面積生產(chǎn)種植至關(guān)重要,而平地機是此過程中最重要的機械化工具,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上改良的平地機擁有易換置的多種作業(yè)裝置,是一種典型的土地平整和整形作業(yè)中以鏟刀為主的施工機械[1-3].平地機的作業(yè)效率和質(zhì)量取決于作業(yè)過程中的速度,然而速度受到很多因素限制,速度過快會使喂入的較大土塊無法達到平整要求,甚至發(fā)生機械故障,太慢作業(yè)效率太低,造成沒必要的能源浪費[4-5],可見,對行走速度進行控制是非常必要的.但控制作業(yè)速度具有一定的滯后性,特別對于地形起伏較大的丘陵地帶,對平地機的自適應(yīng)速度穩(wěn)定性提出

4、了更高要求[6-8].傳統(tǒng)PID控制在時變系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)中適應(yīng)性和協(xié)調(diào)性無法滿足系統(tǒng)要求,魯棒性也不夠強[9]為.此,本文研究了基于不完全微分的模糊自適應(yīng)PID算法速度優(yōu)化控制系統(tǒng),對平地機行走作業(yè)速度穩(wěn)定性進行了人為給定干擾信號的測試控制,通過仿真對比分析了系統(tǒng)速度穩(wěn)定控制的效果,結(jié)果顯示不完全微分模糊自適應(yīng)PID算法響應(yīng)時間短,響應(yīng)速度較快,具有更高更好的自適應(yīng)能力和魯棒性能,且可快速達到穩(wěn)定狀態(tài),能夠滿足設(shè)計的要求[10].①收稿日期:20180705基金項目:國家自然科學基金項目(11464052,51765014,51275060);貴州省教育廳青

5、年基金項目(黔教合KY字[2016]254,[2017]254號);貴州省科技廳項目(黔科合LH字[2016]7003號,[2016]7001號,[2015]7008號,[2015]7012號).作者簡介:熊中剛(1986),男,副教授,碩士,主要從事機械自動化控制、自動檢測方面的研究.2西南大學學報(自然科學版)http://xbbjb.swu.edu.cn第40卷1系統(tǒng)總體組成及其工作原理本文主要是系統(tǒng)針對平地機作業(yè)效率和質(zhì)量問題,自行根據(jù)檢測參數(shù)實現(xiàn)速度優(yōu)化調(diào)控.控制系統(tǒng)組成框圖如圖1所示,主要包括電源模塊、發(fā)動機轉(zhuǎn)速部分、檔位比例電磁閥模塊、調(diào)速執(zhí)行機

6、構(gòu)、行走系統(tǒng)、行進速度檢測模塊、信號調(diào)理模塊、耕地平整度信號檢測模塊和中央控制器.圖1系統(tǒng)組成框圖為完成速度優(yōu)化控制動作,系統(tǒng)利用PID調(diào)節(jié)器對平地機速度進行調(diào)節(jié).首先根據(jù)喂入土塊大小,實時檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速,經(jīng)由模糊算法比較后輸出相應(yīng)控制參數(shù),然后利用不完全微分自適應(yīng)PID算法通過閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)方式實現(xiàn)速度優(yōu)化配置.2控制器設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計中不完全微分PID控制器是在常規(guī)PID控制器中串聯(lián)一階慣性環(huán)節(jié)于微分環(huán)節(jié)的輸出端,如圖2所示,該慣性環(huán)節(jié)對PID控制中的微分信號濾波,可消除高頻干擾.2.1傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)的建立傳統(tǒng)PID作為經(jīng)典控制器一般是以線性控制器為主,根據(jù)

7、輸入設(shè)定值和實際輸出信號差值來構(gòu)成圖2不完全微分PID算法結(jié)構(gòu)圖偏差e,其偏差計算公式為e(t)-y(t),通t=rintout過實時監(jiān)測誤差和誤差變化率采用K、其基本的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示.PKI、KD調(diào)節(jié)輸出量,圖3傳統(tǒng)PID控制器原理框圖[11]傳統(tǒng)PID控制器的控制規(guī)律為1TTdedtu(t)=KPet+∫etdt+(1)T0d1t經(jīng)由化簡得其傳遞函數(shù)為U(s)1G(s)==KP1++Tds(2)E(s)Tis然而在系統(tǒng)的微型處理器中,需要對上述設(shè)計數(shù)字化處理.設(shè)系統(tǒng)采樣時若干kT時刻點的標志時間為t,并在設(shè)計中應(yīng)用矩形法數(shù)字積分代替模擬積分,同時以一階

8、后向差分近似代替微分可得如下式子.等: