基于模糊PID的电液铣面位置伺服控制器设计研究

　　0 引言

　　在精密铜管生产线中,对热处理后的毛坯铜管进行铣削加工是一道非常重要的生产工序。它的好坏直接影响到铜管加工的表面质量和成本,因此如何精确控制铣床铣削动力头的位置,实现精确的进给和系统的实时响应是目前电液位置伺服控制器一个很重要的研究方向。

　　本文将模糊控制理论与传统的数字PID控制结合,使得PID控制参数自适应可调,从而极大地削弱了干扰和非线性因素对系统的影响,取得了比较满意的控制效果。

　　1 液压铣面机控制系统基本结构

　　铣面机的铣削动力机构由铣刀、滚轮、滑块组成,铣刀的旋转由伺服电机控制,铣刀的进给由液压伺服阀带动液压伺服缸来控制。控制系统结构示意如图1。

　　2 控制器的硬件组成

　　系统硬件组成主要由Microchip公司的dsPIC30F6012A,及其周围的电源、信号调理电路、人机界面等组成。同时还设置了RS-485通讯接口,西门子的通讯协议芯片SPC3,可以将其做为西门子控制器的分站与现场工业总线连接。伺服控制主要利用高精度电液伺服控制伺服缸。如图2所示,传感器检测信号通过信号调理,进入到单片机的APD转换模块。转换后的数字信号通过控制算法计算得到结果,然后再由SPI通讯模块输出到外置的DPA转换为相应的模拟量,最后输出至电液伺服阀,形成闭环伺服控制。

　　LCD显示器采用5行10列的中文液晶显示器,以便修改系统控制参数和监视某些重要参量的工作状况。

　　3 PID参数模糊自适应化算法的原理

　　(1)传统PID控制的调节规律

　　传统的PID控制即比例(Proportion)、积分(Inte-gral)、微分(Differential)控制。在计算机控制系统中用的位置式数字PID算法为

　　该算法结构比较简单,易于实现,在工况条件比较平稳,干扰较小的场合使用时,控制效果比较理想,但如果计算机出现故障或是软件出现程序错乱时,u(k)的大幅度变化会引起相应电液轴的位移大幅度突变。因此在工况条件不好,存在各种强干扰的情况下,系统就会出现超调量增大,定位不稳。造成铜管表面的铣削量加大或表面氧化皮不能完全去除。影响后续加工过程的进行。

　　(2)模糊PID算法的结构

　　针对传统PID控制在上述方面的不足,本控制器设计了一种模糊PID控制策略,其做法是,将PID控制算法的KP、KI、KD三个参数进行模糊化处理,使其能够根据现场的不同情况和预先指定的参数模糊控制规则表来确定控制参数在线不断自适应调整,从而减小了工况中的强干扰,以及伺服阀的零偏、滞环等对系统带来的影响,使系统的输出超调小,响应速度快,适应性强。达到实时、精确、稳定、快速响应的控制效果。该模糊自适应PID算法的控制结构如图3所示。