工程硕士论文发表模糊PID控制在提梁机卷扬同步中的应用

　　卷扬机采用变量泵、变量马达和减速机驱动卷筒，卷筒带动吊具将梁体提起与放下，卷扬机是否同步升降决定吊具是否能提着梁体平衡的升降。

　　【摘 要】 提梁机是高铁建设中一个很重要的设备，卷扬的同步控制尤其重要，而卷扬的驱动系统是液压控制，液压控制存在大滞后、时变、非线性的特点，环境因素对系统的控制影响很大。传统的PID控制达不到很好的效果，而模糊PID结合了PID控制算法和模糊控制算法的优点，可以在线实现PID参数的调整，使控制系统的响应速度快，超调量减少，振荡次数减少，本文主要介绍模糊PID在提梁机卷扬同步中的应用，介绍了传统PID控制的缺点，模糊控制及模糊PID控制的基本原理，以及模糊PID 控制在实际中的使用优点。

　　【关键词】 工程硕士论文发表,提梁机,同步,PID,模糊控制,编码器

　　1 提梁机卷扬同步控制电气系统介绍

　　提梁机的两个卷扬机上各安装一个多圈编码器，多圈编码器分别检测两个卷扬的上升或下降的速度，通过PID算法，调节两个卷扬的马达排量，反馈比较两个编码器的速度，最终达到调节卷扬同步的目的。

　　2 数字PID控制算法调节提梁机卷扬同步分析

　　以往，提梁机卷扬同步控制是采用常规PID控制算法，常规PID系统主要由PID控制器和被控对象组成。

　　图3-1 传统PID控制系统

　　它根据给定值r(t)和输出值y(t)构成的控制偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量。给定值r(t)是编码器速度，被控对象是卷扬马达，输出值y(t)是卷扬马达的控制电流。

　　采用传统的数字PID位置型控制算法，位置型控制算式为：

　　(1.1)

　　(1.1)的算法提供了执行机构的位置u(k)，即控制马达的开口度，是比例系数，是积分系数，是微分系数，通过调整这三个参数，进而调整提梁机卷扬同步。这三个参数调整好，即为固定值，并且写在程序的存储区中，当外界环境改变时，例如：梁体左右重量不均匀，小车行走速度不一致，吊具左右不对称等，均会出现卷扬升降不同步，导致梁体倾斜。采用传统PID调节时，只能在工作因素不变的条件下，而实际操作中，很难做到这一点。

　　3 模糊PID控制算法在提梁机卷扬同步应用分析

　　3.1 模糊PID控制原理

　　模糊控制器是以模糊集合理论发展起来的，模糊PID控制器是一种在常规PID调节器的基础上，应用模糊集合理论根据控制偏差、偏差绝对值，在线自动整定比例系数、积分系数和微分系数的模糊控制器。模糊逻辑控制器动态抗扰性和PID控制器稳态精度高，取两者的优点就构成模糊PID控制器。

　　模糊PID控制原理是：参考输入量输入到模拟PID控制器中，模糊输入接口将参考输入值的偏差d和偏差变化率dt的精确值通过A/D转化器转化为二进制，进行模糊化，模糊控制器中通过模糊处理原理、模糊推理及非模糊化处理对，，三个参数进行在线修改，通过D/A转化器，输出量作用到执行机构，反馈到参考输入，形成闭环控制。PID参数自整定的实现思想是先找出PID的3个参数与偏差d和偏差变化率dt之间的模糊关系。

　　3.2 模糊PID对提梁机卷扬同步的控制

　　(1)首先，确定参考输入量为编码器速度值，d1，d2分别为两个时刻的速度值。

　　(1.2)

　　(1.3)

　　执行机构是卷扬马达，被控对象是卷扬马达电流，传感器为编码器，，，为模糊控制器输出量。

　　(2)量化因子比例因子的确定

　　在本同步系统设计中，PLC实时读取控制对象的运行参数，以实验数据为依据，确定d，dt的基本论域范围，通过确定量化因子，将其映射到模糊论域，并分为{负大[NB]、负中[NM]、负小[NS]、零[ZO]、正小[PS]、正中[PM]、正大[PB]}，七个语言值，为设计方便，取量化因子为1，同样，对于模糊系统的集合论域U，可以通过比例因子转化到控制量的实际控制范围，本文采用理论判断与实际调试的具体数据相结合，确定比例因子为1，从而确定出模糊PID控制的论域范围。

　　(3)模糊PID的清晰化

　　根据提梁机卷扬的实际控制情况，采用最大隶属度法进行解模糊判决，由d，dt，，，的模糊子集的隶属度，根据各模糊子集的隶属度赋值表和各参数的模糊规则表，运用模糊合成原理推出PID参数调整矩阵，这是本次算法的核心，将PID参数矩阵写到程序控制当中。

　　，，的参数调整计算公式为

　　(1.4)

　　，，是传统PID控制算法中的确定参数，在调试过程中，选择一个特定的环境条件，通过实际数据及调试效果的检测，当卷扬同步时，将这三个数据记录到程序当中。当外界环境改变时，通过微机系统不断的检测系统的响应输出值，实时计算出d和dt，将d和dt模糊化，通过查询模糊调整矩阵可得到调整量，，，完成对控制器参数的调整。

　　3.3 模糊PID控制在实际应用中的优点

　　模糊控制具有较强的抗干扰能力，当控制过程中出现扰动时，动态特性的变化能达到较好的控制效果，采用模糊PID调节提梁机卷扬后，数据调整实时在进行，所以不论外部条件如何改变，两个卷扬机均能保证同步升降，满足提梁机使用的不同工况，提高了工作效率，极大的保证了工作的安全性。

　　参考文献：

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　　[5]肖奇军，李胜勇.模糊自整定PID控制器设计以及MATLAB仿真分析.计算机仿真.2005(9)：242-244.

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