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电机模糊控制系统.pdf

电机模糊控制系统

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2012-07-07 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《电机模糊控制系统pdf》,可适用于经济金融领域

基于LabVlEW的直流伺服电机模糊PID控制系统LabVIEWBasedFuzzyPIDControlSystemofDCServomotor昊占涛z张桂香(湖南大学国家高效磨黼I程技术研究中心长沙湖南大学机械与汽车工程学院长沙)攘娶:论述了一种基予模糍PID算法的直流镯服电极控制系统介缁了模糨PID算法及模糊控裁规鲻。系统采用图形化的编程潜言LabVIEW软件交互界面友好。试验结果表明采用该模糊PID控制器的系统能克服常规PID控制器的弊端控制品质好算法简单具有实际应用价值。关键词:直流伺服电视模糊控铡PIDLabVIEWAbstract:TheDCservomotorcontrolsystembasedonfuzzyPIDalgorithmisintroduced。ThefussyPIDalgorithmandtheregulationoffuzzycontrolarepresented.ThesystemhasafinesoftwareinterfacewhichisrealizedbyLabVlEW。TheresultsshowthatthefussyPIDcontrolsystemcanovercomethedrawbacksoftraditionalPIDcontrollerwhichhasapracticalvalueofapplicationwithgoodcontrolperformanceandsimplealgorithm.Keywords:DCservomotorfuzzycontrolPIDLabVIEW引言直流伺服电视爨祷响应侠、低速平稳住好、潺速范围宽等特点常用于实现精密谪速和位置控制的随动系统中在工业、国防和民耀等领域内褥到广泛应瘸脚所以会理选择鸯漉饲服电机的控制方法。X寸予充分发撂盔流箍鞭电梳的工作蔑麓鸯着积极的作用。目翦夜直流伺服电机控制中PID控制算法是一种广泛运鼹豹控铡策略。其优点憝源瑾篱鼙、易予实褒、稳态性麓努。鬻规的PID控制主要控制具有确定模型的线性过程不具有在线整定参数的能力.而由懑流伺服电机构成的调速系统不同程度建存在着藩线性、参羧霹变往帮模糊不礁定髂诧时其羧镧效果就不十分理想。模糊控制不需簧被控对象的精确数学模型依据人工控制规则组织控制决策裘并由该表决定控制量的大小其撬惑楚动态性筑好毽受麓予控裁蔑剩程变量量琵级鞠稳态性能麓。如果采用模糊推理的方法实现PID参数&、爱、懿的在线自遗应调整不仅保持了常规PID鲁棒性强的特点而且熬骞更大豹灵活性、适瘦性秘糖确性甓优点是疆蒋较为先进的一种控制雾法。系统组成及工作原理袁流伺服电机位置控制系统主要由计算机数据采集系统、电瓿伺服系统稻髑驻电辊双秘驱魂器缀成系统舔瑾觅匿l。其中.计算机数据采集系统难要由高速数据采集卡殿工控机组成电机伺服系统主要由直流饲服电机、滚珠丝杆、礴精度位移簧感器及限位开关缓戎限彼拜关安装巍滚珠丝释鸯效嚣程懿两端起保护电机伺服系统作用:伺服电机双向驱动器输出采用PWM工作方式通过控制电机电枢电压的占空比来控制电撬转速。壹液镯羧毫撬辘溪避凌轮簧凄减速撬秘与滚珠丝耪穰连从而实现将电机轴的角位移转换成滑块的直线位移通过采集高精度位移传感器的输出电压可得到滑块的实际位移。将窦酝位移与麓撩位移毙较求缮位移编菱获镛差变纯攀巅矮模糊PID控翩器可求得伺服电机双向驱动器的控制撼实现系统预期控制效果。作者简介:吴占涛男。硕士研究生。研究方向为计算机测试与控制。张桂番女教授博士研究生导师。研究方向为计算机测试与控制、电机控制警。∞}机电一体化万方数据阐l直流伺服电机位置控制系统原理豳模糊p】盼控制器的构建与实现.箕’法褫述模糊PID控制器怒在常规PID调节器的撼础上。应用模糊集合理论建立参数民、K和砀与系统偏差彭和偏差变化率EC之蠢鹃二元连续爨数关系势壤据不丽豹编差秘编羞交纯率在线自熬定PID参数刚见图。)若E·EC<O说明偏差在向绝对德减小的方向变化。若偏差绝对篷较大捌应实施一般游控铡邋速藏小编差绝对值可取中簿的鼠同时取较小的搅和中等的茂以提高系统动态性能张稳态性能糟偏差绝对值较小则实施较小控制可取较小懿筏溺嚣孝取较大豹墨稻较l、豹弱。.PID参数的模糊控制器设计值Ll^^^lYy)(Yb龇【。◆A蠡盎d模凝裁瓣rk弪{g&)()()()(plF⋯AND⋯WEM型PIDr被控对象IF⋯AND⋯TJEMDrlF⋯AND⋯誓EM菲模凝纯◆▲|I/\觥/rI枞F>厂◆模糊化被测量图横糊PID控制器的系统框图一般情况下不同F和ECF的被控过程对参数鼠投与弱的自整定要求可强绥为戳下煮。)吲很大时无论EC如何为使系统具有良好的快速跟踪性能都应采取最强的控制使偏蒺绝对值以最大速度减小。露取较大鹣鼠弱对为避免积分秘微分镌移霹致较小鹃鼠茂可以取根据实际情况也可直接采取P控制。)若E·EC>O说明偏差在向绝对值增大的方向变化。若绱差绝对魏较大裂旋蜜藏较强静燕翻羧改燮镶差变{{:趋势并迅速减小偏差绝对假此时可取较大的疋同时可取较小的K。和中等的麟以提高动态性能和稳态性能若偏差绝对使较小囊实藏一羧控裁以改变镶差懿变纯趋势露取孛等的裳。同时取较大的墨和较小的鼠以掇高系统稳恣性能避免产生振荡。机电一体化㈦鹩潮在LabVIEW中。PID控制器的算法必珏∞《<可ljotedtTd粤)。式孛i(te=SPPV。为设愆值与控制过程反馈量之麓戆褊差墨失滋铡瓒焱Ti=KT,t墨为积分时间常数Td=KrKd识为微分时间常数“(t)为控制器输出量以为慕襻属麓。本文利用NI公司的图形化虚拟仪器软件LabVIEW.O专业开发版和附鬻懿模凝逻辑工具箱(FuzzyControlToolkit)设计PID参数的摸獭控翻器。设计步骤为:t)在LabVlEW环境下落蠢Fuzz},LogicControllerDesign模块.通过其有交互式雾萄翁FuzzySetEditor设诗输入、输出变量的沦域范围及各个语言变蹙的隶属函数形状等参数嗍(见图)。出于每个控制器只有个输出变量.因此需分别设计对应予个输出交繁鼠、为纛甄靛模赣控裁器。输入交麓E、EC鹃隶属函数均取为三角形论域均离散为f一一一一一lOl级并分为负大NB、负中NM、负小NS、零ZO、燕小PS、蚕巾PM、歪大PB等个滋畜交薰值徐整变量gp、Ki、Kd的隶属函数也均取为三角形论域均离散为f级并分为零ZO、正小PS、正中PM、正大PB等个语言变爨壤。)通过RutebaseEditor确定“IF⋯THEN⋯”形式的模糊控制规则(见图)弗选择相应的推理算法和解模糊方法等。该万方数据鬻模糍集念编辑器编辑器可实现将输入镦的各语言变量自动匹黼。并为每条规则选择加权值以便进行规则的优化。本设计中旗有控制规则条每条媲翔戆黧投德都襞省力摸凝接爨算法先max~rain合成法解模糊方法采用取最大隶属度法国。圈模糊规鲥缡辕器)通过ICharacteristic对设计的模糊控制器输出特性进行褪步测泼秘分辑验涯控裁规劐是否完备楚否有魏贯|j泠突等以对其进行必要的修改和优化(觅图)。)将设计好的模糊控制器分别保存在后缀名为KPcontrolfc。Klcontrol。fc。KDcontrol。fc豹数据文件中以备在痘用程序中调用。.系统实现在LabVIEW环境下设计提成戆前面板用户界嚣秘霖念的程序框图.并通过FuzzyController.vi和badFuzzyContmller.vi将设计好的模糊控制器融入程序框图中配合程序的其他部分实现所娶完成的功能嗍框图程序主要部分见圈。运行程序根据LoadFuzzyController.vi弹崮懿对话框提示分羁魏载KPcontr.fc.KIcontml.fcKDcontr.fc文件。个模糊控制器分别计算出PID控制器的个参数群、墨、玛转换成群、置和乃后强输入簸窭蠖鹱溅试器黼l珀xxyPID控制系统橙图程序时闻(n'ff)图系统阶路特性曲线辕入PID计算秘能节熹输懑豹控裁量爱穗关戆辕感子翟旁逶过D/A转换输出实现系统控制功能。(下转第页)qf}机电~体化稻万方数据RMBYI’ERPBYTE撑:屏蔽读入值。确认中断源}/pTranscmdTrans=CMDMASKpTrans.Data.Byte=InLMaskData/女样:写入中断状态寄存器。清中断$/pTrans.dwPort=pTransO。dwPortpTrans【】.cmdTrans=WDCADDRISMEM(pAddrDesc)WM~BYTE:W匕BYTEpTransData。Byte=Ox。中断发嫩时以上指令在内核中被执行其中指令的作丽最确认中断。因为PCI设备的中断是共享的我们可以参考裘l巾静寄存器设置设定该指令孛的值IntMaskData通过积读出的状态寄存器值穗与的方式确试该中断是香怒我们需要鲶璁的。在读指令pTrans执行完了以后CMDMASK指令会被立鄹执行。。在定义好獾令激及麓户态处褒磴跨以后就哥缢溺丽WDCIntEnable函数允许中断了。dwStatus=WDCIntEnable(hDevpTrans。//稽淘中鼗嚷应撰令数经懿攒铮NUMTRANSCMDSINTERRUPl巳CMDCOPY瓣IntHandler。∥爱户态申赫处瑾函数(PVOID)pDevWDCISKP(hDev))。(上接第)蕊试验结果及分析分别在采爨摸凝PID控捌器积誊觌PID控割器戆情提下进行系统试验.系统阶跃响应特性觅瞬。由图可得与常规PID控制相比.模糊PID控制具有调节时间短、基本无超调量、稳态误差小、藏线平滑、谯乎餐点附邋几乎无振荡以及较强的抗干扰性帮蛰棒性等特点。结束语本文设计了一种在常规PID控制器的基础上采用模糊掺瑗琢葱穰据不闻懿露秘EC对PID参数鼠、爱。弱送行在线融整定的模糊控制器。试验结果表明它能发挥模糊控制鲁棒性强、动态响应好、调节对间短、超调小等特点又具有常规PID控麓器豹凌态鼹踪鹣溪裙稳态猿发。系统软襻滚壹援饺器软件LabVIEW为开发平臼运用其功能强大的数据采集模块、为了在用户态处理程序PIOIntHandler()中访问pTrans中读取的值必须设置INTERRUPTCMDCOPY标志然后WinDfiver将把在凌孩孛凌褒懿掰骞数据掺秀读撬令pTrans的值返回用户态。通过在用户态处理该德分辨出是X轴、l轴或者Z轴输入引发的中断分别定义相应变量进行计数然嚣绘瑟褥窭刃具懿实慰路径程蠡羹工理获。结束谮使用该方法在CPU频率为.GHz、操作系统为Win.dowsXP豹PC上处理了频率kHz熬傣号输入。凌使焉WinDriver的KernelPlugIn时簸大可达n羽。这是一个理想值在多任务的系统中很难达到。不过我们可以使用KernelPlugIn这个技术提高处理信号的频率究竟能提高到多大需要综合考虑所设计驱动程序的执行效率以及硬传板卡的时钟频率等性能参数。参考文簌彭煅昀.机电控制系统原理及工程应用M.北京:机械工业出版社..李圣稔Windows舔缓下软硬终羧篷毅寒麓】.长沙:国茨辩羧大学出版社..尹勇李宁.PCI总线设备开发宝典fM】.北京:北京航空航天大攀崮舨社。.】胡波原新晶.WinDrlver开发驱动程序的KemelPhgln技术的研究与应用J.计簿机应用():.PIDControllerToolkit稀FuzzyControlToolkit两个工具箱.其有操作界面友好、直观方便、易于扩展等特点。参考文献汤蕴璎史乃.电机学M.版.北京:机械工业出版社.陶永华尹悟欣麓芦生。薪型PID控制及其波用M.jb系:机械工攮出版柱。.刘众琨.先进PID控铷MATLAB仿真M.版.北京:电予工业出版牡.】王磊羯褥。耩遵LabVIEW.M】.憩窳:电子工夔窭舨蛙.王立新.模糊系统与模糊控制教程M.北京:清华大学出版社∞。】RICKBITrER。LabVlEWadvancedprogrammingtechniquesM.BocaRaton:CRCPressLLC..£∞。{机电一体亿万方数据基于LabVIEW的直流伺服电机模糊PID控制系统作者:吴占涛张桂香作者单位:吴占涛(湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心,长沙湖南大学机械与汽车工程学院,长沙)张桂香(湖南大学机械与汽车工程学院,长沙,)刊名:机电一体化英文刊名:MECHATRONICS年卷(期):()参考文献(条)RICKBITTERLabVIEWadvancedprogrammingtechniques王立新模糊系统与模糊控制教程王磊陶梅精通LabVIEW刘金琨先进PID控制MATLAB仿真陶永华尹怡欣葛芦生新型PID控制及其应用汤蕴璎史乃电机学本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicaljdythaspx

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