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基于模糊PID的液压同步控制 何清华 曾益昆 中南工业大学机电院 湖南长沙 410083 摘要： 本文提出了一种新的模糊PID和一种改进的主从位置同步系统结构，其仿真结果表明这种利用模糊PID的改进的主从位置同步控制方案有着比利用常规数字PID的经典主从位置同步控制方案更好的控制效果。 关键词：模糊PID 液压同步 主从位置同步控制 １ 引言 随着现代科学技术和加工制造技术的飞速发展，越来越多的金属加工设备、工程机械、冶金机械等对高精度的液压同步控制技术的需求也越迫切。以静力压桩机为例，机身的四个升降液压缸在升降时应能达到很好的同步控制，否则可能造成对机身或液压缸的破坏，甚至由于机身的不平而使静力压桩机倾翻。由于静力压桩机本身的特点，不能直接采用液压同步回路。本文针对机身在调平的基础上（关于自动调平另有文章讨论），提出了运用模糊PID技术对四个液压缸进行同步控制。为了仿真和试验的方便，采用的是一种二缸位置同步系统。 ２　液压同步控制系统 目前，液压同步闭环控制系统的实现形式很多，依据其实现的任务，被控执行元件的熟量、类型与结构、安装与运行方向和控制元件的不同可分成很多类。　对于液压同步闭环控制来说，“同等方式”和“主从方式”是通常采用的两种控制策略。两者相比，为获得高精度的同步输出，则要求按“同等方式”工作的液压同步闭环控制系统重的各执行元件、反馈、检测元件及控制元件等的性能具有严格的匹配关系，这显然让工业实行增加了难度。本文所采用的是一种改进的二缸主从位置同步系统，该系统的主要特征是输出响应的快速性、灵活行和准确性。以其中一个油缸的输出为理想输出，而其余的油缸受到控制来跟踪这一选定的理想输出并达到同步驱动。设油缸1的输出为理想输出,油缸2为跟踪油缸。原理如图１： R???????????????????????????????????????????????????????? Y1 　 R????????????????????????????????????????????????????????? Y2 　 1：系统主从式同步控制示意图 ??? 本系统为了达到Y2很好地跟踪Y1的目的，其关键在于位置控制器设计的好坏。由于该系统自身的特点，采用常规的控制器很难达到良好的效果。为此在液压系统中常采用的PID控制器中引入智能控制中的模糊控制策略，使其能自动地调整PID的参数。 3 位置控制器的设计 在液压控制系统中，如执行机构为液压阀，需要输出量与阀门开度位置一一对应，采用位置型PID。其控制算法的离散式为： 式中 —— 第n个采样时刻控制器的输出量 —— 第n个采样时刻的偏差值， 、 、 ——比例、积分、微分系数 在控制程序的开始，要对PID控制器三个参数进行初始化，故应对PID参数进行预整定,以求出参数的初始值 。一般可采用凑试法、扩充临界比例度法、扩充响应曲线法等。但无论采用的何种方法整定的PID参数，一旦计算好以后在整个控制过程中就是固定不变的。在实际控制过程中为了使系统具有很好的动态性能，我们希望PID的三个参数能依据当前系统的状况来做出相应的调整。而此类单纯基于数学模型的控制算法难以满足控制系统的要求并获得满意的动态性能，尤其在系统参数时变和有负载扰动的情况下，这种现象表现得尤为明显。为此，引入模糊控制技术，根据专家知识和操作经验，依据偏差和偏差变化率的大小来调整三个参数 、 、 大小，这在很大程度上弥补了传统控制算法的局限性，从而取得良好的控制效果。 3．1 参数调整规则的探索 人们通过对PID控制理论的认识和长期人工操作经验的总结，可知PID参数应依据以下几点来适应系统的动态过程。 1．??? 取大值， 取零；在偏差比较小时，为继续减小偏差，并防止超调过大、产生振荡、稳定性变坏， 值要减小， 取小值；在偏差很小时，为消除静差，克服超调，使系统尽快稳定， 值继续减小， 值不变或稍取大。 2．??? 值取零或负值，以加快控制的动态过程。 3．??? EC越大， 取值越小， 取值越大，反之亦然。同时，要结合偏差大小来考虑。 4．??? ，消除振荡，缩短调节时间 ，允许加大 ，使系统稳态误差减小，提高控制精度，达到满意的控制效果。所以，在E比较大时，K 取零，实际为PI控制；在E比较小时，K 取一正值，实行PID控制。 ? 3．2 模糊PID控制器的设计 常规PID控制器无法实现参数的在线调整，为此在常规PID的基础上加设模糊参数自整定控制器，使其根据系统的偏差的大小、方向、以及变化趋势等特征，通过Fuzzy推理作出相应决策，自动的在线调整PID的三个参数