[发明专利]一种电液伺服系统自修正模糊PID控制的方法

摘要

本发明公开了一种电液伺服系统自修正模糊PID控制的方法，现有的技术存在误差精度不高、稳定性和适应性不强等问题，本发明的自修正模糊PID控制方法以电液伺服控制机构为被控制对象，以被控对象的反馈值与目标值的误差E和误差变化率EC作为模糊PID控制器的输入，设定合适的模糊控制规则，采用模糊推理的方法对PID参数K_p，K_i，K_d进行参数自修正，可以满足不同时刻的E和EC对PID参数控制的要求，输出了PID控制器参数值的变化量△k_p、△k_i和△k_d，利用自修正模糊规则在线对PID参数进行修正。本发明克服了传统手动修正PID参数的弊端，实现PID参数在线实时自修正，且对系统参数的修正具有强鲁棒性，从而提高了系统的误差精度和稳定性，具有很强的适用价值。

主权项

一种电液伺服系统自修正模糊PID控制的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，步骤一、确定自修正模糊PID控制器的输入量、输出量以电液伺服控制机构为被控制对象，以被控对象的反馈值与目标值的误差E和误差变化率EC作为模糊PID控制器的输入，模糊PID控制器的参数变化量△k_p、△k_i和△k_d作为输出；步骤二、选择输入量、输出量隶属度及其论域输入偏差e和偏差变化率ec，以及输出△k_p、△k_i和△k_d的变量模糊集论域均为[‑M，M]，其隶属度函数采用双输入三输出的三角函数形式。步骤三、确定自修正模糊PID控制器的规则(算法)$u\left(k\right)=K_{p}e\left(k\right)+K_i\underset{j=0}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}e\left(k\right)T+K_d\frac{e\left(k\right)-e(k-1)}{T}$$\begin{array}{c}\mathrm{\Δu}\left(k\right)=u\left(k\right)-u(k-1)=k_{0}e\left(k\right)+k_{1}e(k-2)+k_{2}e(k-2)+K_p[\frac{T}{T_i}e\left(k\right)+\frac{T_d}{T}\mathrm{De}\left(k\right)-2e(k-1)+e(k-2)]\\ +K_p[e\left(k\right)-e(k-1)]\end{array}$其中，$\left\{\begin{array}{c}{k}_0=K_p+{\mathrm{TK}}_i+\frac{K_d}{T}\\ k_1={-K}_p-2\frac{K_d}{T}\\ k_2=K_p\frac{K_d}{T}\end{array}\right.$式中k为采样周期，采样周期输出值k＝0，1…，u_k，K_p为比例系数；K_i为积分时间常数；K_d为微分时间常数。步骤四、自修正因子的确定根据控制的需要设计自修正因子，自修正的目的是找出调整因子λ，在线控制三个PID参数完成电液伺服系统模糊PID控制，自修正因子确定公式：$\left\{\begin{array}{c}U=-(\mathrm{\λE}+(1-\mathrm{\λ})E^{\′})\\ \mathrm{\λ}=\frac{1}{M}({\mathrm{\λ}}_s-{\mathrm{\λ}}_0)\left|E^{\′}\right|+{\mathrm{\λ}}_0\end{array}\right.$式中，0≤λ₀≤λ_s≤1，λ∈[λ₀，λ_s]，λ是调整因子，在论域范围内可以自修正，E为变量与给定值的差值，E′为变量与给定值的变化差值，步骤五：对PID控制器参数进行修正本自修正模糊PID控制器就是利用模糊控制对PID控制器的参数进行实时修正，自修正公式如下：$\left\{\begin{array}{c}{K}_p=k_{p0}+{\mathrm{\Δk}}_p\×{\mathrm{\λ}}_p\\ K_i=k_{i0}+{\mathrm{\Δk}}_i\×{\mathrm{\λ}}_i\\ K_d=k_{d0}+{\mathrm{\Δk}}_d\×{\mathrm{\λ}}_d\end{array}\right.$式中k_p0，k_i0和k_d0为系统的PID系统参数初始值，K_p，K_i，K_d的自修正参数分另是λ_p、λ_i和λ_d。根据上式，可在线对PID参数自修正，使控制器具有较快的响应速度、较小的超调量，控制精度提高。