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        模糊PID控制在MTS控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

        2019-12-16 01:48:12周挺桑煒
        電腦知識(shí)與技術(shù) 2019年29期
        關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)控制Matlab仿真模糊控制

        周挺 桑煒

        摘要:針對(duì)模糊PID控制在面對(duì)大遲滯、強(qiáng)非線性對(duì)象時(shí)的控制優(yōu)越性,借助MATLAB模糊控制工具箱,設(shè)計(jì)了模糊PID控制器,并在Simulink下與傳統(tǒng)PID控制進(jìn)行仿真對(duì)比;使用MTS控制系統(tǒng)的虛擬通道和計(jì)算回路功能,結(jié)合MATLAB生成的離線模糊查詢?cè)瑢⒛:齈lD控制應(yīng)用于MTS控制系統(tǒng),擴(kuò)展了系統(tǒng)的控制算法,為飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度地面試驗(yàn)的試驗(yàn)控制提供更多的解決方案。

        關(guān)鍵詞:模糊控制;MATLAB仿真;離線模糊查詢表;MTS控制系統(tǒng);計(jì)算機(jī)控制

        中圖分類號(hào):TP273.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        文章編號(hào):1009-3044(2019)29-0263-04

        1概述

        模糊控制是智能控制理論的一個(gè)重要分支,自20世紀(jì)中葉建立至今,其理論研究已比較成熟。隨著計(jì)算機(jī)的普及,模糊控制廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域。模糊PID控制結(jié)合了模糊控制和PID控制的優(yōu)點(diǎn),通過模糊控制規(guī)則實(shí)時(shí)調(diào)整PID控制器的比例、積分、微分參數(shù),優(yōu)化系統(tǒng)控制性能,具有結(jié)構(gòu)簡單、強(qiáng)魯棒性和動(dòng)態(tài)控制品質(zhì)較好的優(yōu)點(diǎn),在被控對(duì)象表現(xiàn)為大遲滯、強(qiáng)非線性時(shí),控制效果尤為突出。MTS控制系統(tǒng)是飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度地面試驗(yàn)中常用控制設(shè)備,其具備的虛擬通道和計(jì)算回蹦Calculation in the loop)功能提供了反饋信號(hào)和控制輸出的編輯接口,用戶可屏蔽系統(tǒng)固有的PID控制器,自行編程實(shí)現(xiàn)特定的控制算法。本文借助MATLAB的模糊控制工具箱(FuzzyLogic Toolbox)設(shè)計(jì)了模糊PID控制器,對(duì)其進(jìn)行仿真驗(yàn)證并生成離線模糊控制查詢表;在MTS控制系統(tǒng)中通過通道配置、變量定義和算法編輯,實(shí)現(xiàn)模糊PID控制在MTS控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

        2模糊PID控制器設(shè)計(jì)

        2.2設(shè)計(jì)模糊控制的隸屬度函數(shù)

        隸屬度函數(shù)是用來描述論域中元素對(duì)模糊子集的隸屬程度,隸屬函數(shù)的選取決定著控制性能的穩(wěn)定和靈敏度。模糊子集所取論域范圍較大時(shí),控制靈敏度較低,控制相對(duì)平緩,所取論域范圍較小時(shí),控制靈敏度較高。本文采用三角分布隸屬度函數(shù),所有輸入和輸出變量取值相同,其隸屬度賦值表如表1所示。

        2.3建立模糊控制規(guī)則

        根據(jù)專家工程經(jīng)驗(yàn),歸納總結(jié)模糊控制規(guī)則,建立模糊控制規(guī)則表,其基本思路為:

        a)當(dāng)誤差e較大時(shí),取較大的Kp值和較小的Kd值,提高響應(yīng)速度,使系統(tǒng)獲得較好的跟蹤性能,并避免微分飽和;取較小的K值,防止系統(tǒng)出現(xiàn)較大超調(diào);

        b)當(dāng)e和ec為中等大小時(shí),取較小的Kp值,使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)并保證一定的響應(yīng)速度;取適中的K值和Kd值;

        a)當(dāng)e較小時(shí),取較大的K值和K值,減小系統(tǒng)靜差,提高控制精度;并且,當(dāng)ec較小時(shí),取較大的Kd值,當(dāng)ec較大時(shí),取較小的%值,以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性,改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性;

        2.4模糊推理和反模糊化

        選用Mamdani模糊邏輯推理法和“max-min”法則進(jìn)行模糊關(guān)系的合成運(yùn)算,反模糊化方法采用面積中心法(centroid),設(shè)計(jì)生成名為“fuzzy”的模糊控制器,并通過下述M程序生成離線模糊查詢表,如表2所示。

        3系統(tǒng)仿真

        在Simulink下搭建設(shè)計(jì)的模糊控制器,并以一典型自衡

        4模糊PID控制器的實(shí)現(xiàn)

        MTS控制系統(tǒng)具備常規(guī)PID控制器,配置傳感器反饋信號(hào)至系統(tǒng)輸入通道、執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)信號(hào)至系統(tǒng)輸出通道,實(shí)現(xiàn)參數(shù)在線整定的PID控制;還提供了虛擬通道及計(jì)算回路功能,用戶可繞開系統(tǒng)固有常規(guī)PID控制,以虛擬輸入輸出通道為中間變量對(duì)實(shí)際輸入輸出信號(hào)進(jìn)行編輯以及通道控制模式的切換,實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的控制算法。對(duì)于模糊PID控制器,按下述步驟在MTS控制系統(tǒng)中實(shí)施。

        4.1通道配置

        圖4為系統(tǒng)通道配置界面,包括1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)控制通道(Stan-dard Type)、1個(gè)設(shè)定值控制通道(set Point Only Type)、4個(gè)計(jì)算輸出通道(Calculated Output Type),其具體輸入輸出配置及功能描述如表4所示。

        4.2變量定義

        配置8個(gè)全局變量,分別定義為PID控制的初始設(shè)定設(shè)定

        由式(1)和式(3)編寫主回路PID數(shù)字控制程序,使標(biāo)準(zhǔn)控制通道的虛擬輸A5~7分別計(jì)算P、I、D控制輸出,令計(jì)算輸出4通道對(duì)整個(gè)控制輸出進(jìn)行整合和管理,實(shí)現(xiàn)主體控制算法,其程序不再贅述。其中積分算法進(jìn)行限幅控制,微分算法去除指令值影響。

        5結(jié)論

        a)模糊PID控制較傳統(tǒng)PID控制克服了控制參數(shù)在線手動(dòng)調(diào)整帶來的局限性,系統(tǒng)具有更快的響應(yīng)速度和更小的超調(diào)量,且不損失穩(wěn)態(tài)精度,提升了系統(tǒng)的控制特性;

        b)采用離線設(shè)計(jì)模糊查詢表的方法,可將模糊PID控制部署于MTS控制系統(tǒng)中,在進(jìn)行不同工況的飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度地面試驗(yàn)時(shí),工程人員可完成更精確和有效的控制。正文內(nèi)容。

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