模糊自适应PID控制在电液伺服系统中的应用研究-学路网-学习路上 有我相伴
模糊自适应PID控制在电液伺服系统中的应用研究
来源：互联网
贡献&责任编辑：王小亮 &
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! [参考文献 ][1]何超, 熊蓉, 戴连奎 . 足球机器人视觉图像的快速识别 [J ]. 中国图象图形学报, 2003, 8A (3) :271-275.[2]章毓晋 . 图象处理和分析 [M ]. 北京:清华大学出版社, 1999. [3]杨淑莹 .VC ++图像处理程序设计 (第 2版 ) [M ]. 北京:北方交通大学出版社, 2005.[4]庄健, 王孙安 . 视觉伺服移动机器人中的图像处理研究 [J ]. 西安交通大学学报, ) :69-72.(编辑 明 涛 )作者简介:赵启冲 (1983-) , 男, 硕士研究生, 研究方向为机械电子 。收稿日期:模糊自适应 PID 控制在电液伺服系统中的应用研究王荣林(南京理工大学 泰州科技学院, 江苏 泰州 225300)1前 言在工业过程控制和运动控制中,常规的 PID 调节器仍占有很大的比重,这是因为它具有算法简单 、 整定方 便, 鲁棒性强, 可靠性高和不需要对象的精确数学模型等 优点 。 但对于具有延迟 、 非线性和参数时变的控制系统, PID 参数只有不断地根据对象参数的变化进行适应性的 自整定或调整, 才能得到最优的控制效果 。 模糊控制是智 能控制中最为活跃的领域之一,它与常规 PID 控制相结 合, 扬长避短, 发挥各自的优势, 形成智能 PID 控制 。 它具 有不依赖系统精确数学模型的特点,对系统参数变化具 有较好的鲁棒性 。 仿真和试验结果表明, 本文设计的基于 模糊自适应 PID 控制算法的控制器可以使系统具有良好 的动静态控制效果和鲁棒性,有效地抑制负载变化和外 界干扰, 很好地满足系统所要求的性能指标 。 2模糊自适应 PID 控制器为了减少模糊控制器的复杂度,参考分类模糊规则 式嵌入式控制器 [1], 本文提出了一种误差分段智能控制算法 。 在误差大的时候, 采用 Bang -Bang 控制, 能迅速减小 输出误差 。 同时为了提高系统的稳定性和控制精度, 在误 差较小的时候, 特别在非线性误差段, 采用基于智能控制 算法的 PID 控制策略 。 参考, 设计本课题在线实时模糊自 整定 PID 控制器 [2], 它的控制方案原理图如图 1所示 。 图 中的辨识机构是实现 Bang-Bang 控制和模糊自适应 PID 控制转换作用的 。 在控制的初期阶段, 采用 Bang-Bang 控 制作为引导控制,辨识机构根据该阶段得到的误差信息 决定是进行 Bang-Bang 控制还是进行模糊自适应 PID 控 制 。 当误差大于某个设定值时进行 Bang-Bang 控制, 当误摘 要 :电液伺服系统中, 存在的各种非线性因素, 为了使系统对恶劣的环境有较强的适应能力取得较高的控制品质和控制精度, 设计了模糊自适应 PID 非线性控制器 。 仿真和试验结果表明, 文中设计的基于模糊自适应 PID 控制算法的控 制器明显改善了系统的动态性能, 可以方便应用于工程之中 。关键词:模糊控制; 自适应控制; 非线性 PID 控制器; 电液伺服系统中图分类号:T H137文献标识码:A 文章编号:09) 02-0065-02Study of Fuzzy-PID Controller for the Electric-hydraulic Servo SystemWANG Rong-lin(School of Taizhou, Nanjing University of Science &Technology, Taizhou 225300, China )Abstract :With the development of modern industry, higher performance requirements have put forward for the control of hydraulic servo system, at the same time the system must be adaptive to bad environment. According to the change of electro -hydraulic elements and control elements (servo valve, proportioning valve or digital valve ) and backlash producing some nonlinear factors or hard nonlinearity, non -smooth. A kind of new controller provided with good nonlinear performance has been designed. This paper comes from the design of the type of electro -hydraulic sever system. The results of simulations and experiments show that the intelligent controller is self -adaptive and has the robust character for the change of the model parameters, and the outside inferences and load variation can be retained effectively.Key words :fuzzy- PID; electro-hydraulic65机械工程师 2009年第 2期论域调节器模糊推理 d e /dtK i K pK dPID 调节器对 象y outbang 控制开 关辨识 机 构+-r in 图 1模糊自适应 PID 控制器的结图学术交流理论 /研发 /设计 /制造ACADEMIC COMMUNICATION!!!!!!!!!!r in +A/D传感器 被控对象 执行机构D/A非 模 糊 化 处 理out 模 糊 决 策模 糊 控 制 规 则模 糊 量 化 处 理计算 控 制 变 量图 2模糊控制器原理图差小于某一个设定值时进行模糊自适应 PID 控制 。 而开 关可以直接通过编程简单方便地实现 。(1) 模糊自适应 PID 控制器的设计, 见图 2。(2) 糊控制器变量的论域确定从自动控制的角度,希望一个控制系统在要求的范 围内都能很好地实现控制 。 模糊控制系统设计时也要考 虑这个问题,因此在选择描述某一模糊变量的各个模糊 子集时, 要使它们在论域上的分布合理 。 在定义这些模糊 子集时要注意使论域中任何一个对这些模糊子集的隶属 度的最大值不能太小,否则会在这样的点附近出现不灵 敏区, 以至于造成失控, 使模糊控制系统控制性能变坏 。通过对模糊 PID 自适应比例因子算法的改进基础上 [3], 定义下列:误差 E 的论域范围定义为 [-12/h 1, 12/h ], 误差 变化 E C 的论域范围定义为 [-6000/h 2, +6000/h 2], PID 参数 K p 的论域范围定义为/h 3, +0.9/h 3], K i 的论域范围 定义为 [-0.6/h 4, +0.6/h 4], K d 的论域范围定义为 [-0.03/h 5, 0.03/h 5]。 参考 PID 的比例因子的设定方法 [4], 设计论 域调节器 。 h 1到 h 5由论域调节器优化设定 。(3) 模糊控制器的控制规则设计模糊控制规则的设计包括三部分的设计内容:选择 描述输入输出变量的词集,定义各模糊变量的模糊子集 及建立模糊控制器的控制规则 。 根据系统的实际需要, 对 误差 E 、误差变化 E C 、 比例系数 K p 、 积分系数 K i 、 微分系数 K d 都采用七个词集来描述, 分别为:{负大, 负中, 负小, 零, 正小, 正中, 正大 }; 英文描述为:{NB , NM , NS , ZO , PS , PM , PB }。将确定的隶属度函数曲线离散化,就得到有限个点 上的隶属度, 便构成一个响应的模糊变量的模糊子集 。 隶 属度函数曲线形状较尖的模糊子集器分辨率较高,控制 灵敏度也较高; 相反, 隶属度函数曲线形状较缓, 控制特 性也较平缓, 系统稳定性也较好 。 模糊控制器的控制规则 是基于手动控制策略, 从系统的稳定性 、响应速度 、 超调 量和稳态精度等各方面看, K p 、 K i 、 K d 的作用是不一样的 [5]。 模糊控制规则见表 1。 3仿真及实验结果本文采用机理建模,通过对本电液伺服系统各组成 部件, 分别进行测量, 由经验和实验取定相关参量, 并进行简化 。 对于难以测定的参量, 从系统控制的需要出发, 直接用动态分析仪器进行测量 。 经过实验处理液压伺服 系统的传递函数 (数学模型 ) 如下:G (s ) =486k 1/1302k 1,k 2在 [0.9, 1.1]区间内实时变化 。 输入 FAPID 控制器和纯 PID 控制器的响应结果如 图 4~图 7所示 。4结 论本文把模糊自适应 PID 控制算法应用于电液伺服系统中, 仿真实验结果表明, 该控制算法能够达到伺服系统 设计的要求, 能够有效地抑止外界带来的干扰, 使整个伺 服系统具有较好的快速性 、 准确性和稳定性, 是一种行之 有效控制方法 。[参考文献 ][1]Ramana Murthy O V, et al. Extended Dynamic Fuzzy Logic System ) Based Indirect Stable Adaptive Control of Non-linear Systems [J ]. Applied Soft Computing , ) :109-119. [2]李鑫, 李众, 张丽娟 . 模糊自适应在线调整 PID 参数控制器 [J ].仪器仪表应用, ) :37-38.[3]WOO Zhi -Wei , CHUANG Hung -Yuan , LIN Jin -Jye.A PIDType Fuzzy Controller with Self -tuning Scaling Factors Fuzzy Sets and Systems [J ]. Fuzzy Sets and Systems , ) :321-326.[4]Blanchett T P , Kember G C , Dubay R.PID Gain Scheduling Fuzzy Logic [J ].ISA Transactions , -325. [5]任敏, 于立新 . 模糊逻辑参数自整定 PID 复合控制的设计 [J ]. 沈阳工业大学学报, ) :62-65.(编辑 明涛 )作者简介:王荣林 (1978-) , 男, 助教, 硕士研究生, 主要从事机电产品的设计 、 开发以及设备维护工作 。收稿日期:机械工程师 2009年第 2期66表 1K p , K i , K d 的模糊控制规则E CENB NM NS ZO PS PB PM NBPB/NB/PSPB/NB/NSPM/NM/NBPM/NM/NBPS/NS/NBZO/ZO/NMZO/ZO/PSNMPB/NB/PSPB/NB/NSPM/NM/NBPS/NS/NMPS/NS/NMZO/ZO/NSNS/ZO/ZONSPM/NB/ZOPM/NM/NSPM/NS/NMPS/NS/NMZO/ZO/NSNS/PS/NSNS/PS/ZOZOPM/NM/ZOPM/NM/NSPS/NS/NSZO/ZO/NSNS/PS/NSNM/PM/NSNM/PM/ZOPSPS/NM/ZOPS/NS/ZOZO/ZO/ZONS/PS/ZONS/PS/ZONM/PM/ZONM/PB/ZOPMPS/ZO/PBZO/ZO/NSNS/PS/PSNM/PM/PSNM/PM/PSNM/PB/PSNB/PB/PBPBZO/ZO/PBZO/ZO/PMNM/PS/PMNM/PM/PMNM/PM/PSNB/PB/PSNB/PB/PB密 位012345678时间 /s图 4500密位阶跃输入的 FAPID 响应结果-40-60密 位 24681012时间 /s图 550sin (0.873t ) 正弦输入的 FAPID 响应结果2001000密 位012345678时间 /s图 6500密位阶跃输入的 纯 PID 响应结果-40-60密 位 51015时间 /s图 750sin(0.873t ) 正弦输 入的纯 PID 响应结果 ACADEMIC COMMUNICATION学术交流理论 /研发 /设计 /制造以下内容为系统自动转化的文字版，可能排版等有问题，仅供您参考：学术交流理论 ／ 研发 ／ 设计 ／ 制造ACADEMIC COMMUNICATION模糊自适应 PID 控制在电液伺服系统中的应用研究王荣林 （南京理工大学 泰州科技学院， 江苏 泰州 225300 ）摘要： 电液伺服系统中， 存在的各种非线性因素， 为了使系统对恶劣的环境有较强的适应能力取得较高的控制品质和控制精度， 设计了模糊自适应 ＰＩＤ 非线性控制器。 仿真和试验结果表明， 文中设计的基于模糊自适应 ＰＩＤ 控制算法的控 制器明显改善了系统的动态性能， 可以方便应用于工程之中。 关键词： 模糊控制； 自适应控制； 非线性 ＰＩＤ 控制器； 电液伺服系统中图分类号： TH137文献标识码： A文章编号：
（2009 ） 02－0065－02WANG Rong-linStudy of Fuzzy-PID Controller for the Electric-hydraulic Servo System（School of Taizhou, Nanjing University of Science & Technology, Taizhou 225300, China）Abstract： With the development of modern industry, higher performance requirements have put forward for the control of hydraulic servo system, at the same time the system must be adaptive to bad environment. According to the change of electro -hydraulic elements and control elements （servo valve, proportioning valve or digital valve ） and backlash producing some nonlinear factors or hard nonlinearity, non -smooth. A kind of new controller provided with good nonlinear performance has been designed. This paper comes from the design of the type of electro -hydraulic sever system. The results of simulations and experiments show that the intelligent controller is self -adaptive and has the robust character for the change of the model parameters, and the outside inferences and load variation can be retained effectively. Key words ： fuzzy- PID; electro-hydraulic1前 言 在工业过程控制和运动控制中，常规的 PID 调节器法。在误差大的时候， 采用 Bang－Bang 控制， 能迅速减小 输出误差。 同时为了提高系统的稳定性和控制精度， 在误 差较小的时候， 特别在非线性误差段， 采用基于智能控制 算法的 PID 控制策略。 参考， 设计本课题在线实时模糊自 整定 PID 控制器 ［2］， 它的控制方案原理图如图 1 所示。图 中的辨识机构是实现 Bang-Bang 控制和模糊自适应 PID 控制转换作用的。 在控制的初期阶段， 采用 Bang-Bang 控 制作为引导控制，辨识机构根据该阶段得到的误差信息 决定是进行 Bang-Bang 控制还是进行模糊自适应 PID 控 制。 当误差大于某个设定值时进行 Bang-Bang 控制， 当误论域 调节器 模糊推理 Ki Kp de/dt 开 关 PID 调节器 Kd 对 象 yout仍占有很大的比重，这是因为它具有算法简单、整定方 便， 鲁棒性强， 可靠性高和不需要对象的精确数学模型等 优点。但对于具有延迟、 非线性和参数时变的控制系统， PID 参数只有不断地根据对象参数的变化进行适应性的 自整定或调整， 才能得到最优的控制效果。 模糊控制是智 能控制中最为活跃的领域之一，它与常规 PID 控制相结 合， 扬长避短， 发挥各自的优势， 形成智能 PID 控制。 它具 有不依赖系统精确数学模型的特点，对系统参数变化具 有较好的鲁棒性。 仿真和试验结果表明， 本文设计的基于 模糊自适应 PID 控制算法的控制器可以使系统具有良好 的动静态控制效果和鲁棒性，有效地抑制负载变化和外 界干扰， 很好地满足系统所要求的性能指标。 2 模糊自适应 PID 控制器 为了减少模糊控制器的复杂度，参考分类模糊规则 式嵌入式控制器 ［1］， 本文提出了一种误差分段智能控制算［参考文献］ ［1］ 何超， 熊蓉， 戴连奎 .足球机器人视觉图像的快速识别 ［J］ . 中国 图象图形学报， 2003， 8A （3 ） ： 271-275. ［2］ 章毓晋.图象处理和分析 ［M］ .北京： 清华大学出版社， 1999. ［3］ 杨淑莹.VC＋＋图像处理程序设计 （第 2 版） ［M］ .北京： 北方交通 大学出版社， 2005.rin +-辨 识 机 构Bang-bang 控制图1模糊自适应 PID 控制器的结图!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!［4］ 庄健， 王孙安.视觉伺服移动机器人中的图像处理研究 ［J］ .西安 交通大学学报， 2002， 36 （3 ） ： 69-72. （编辑 明 涛 ）!!!!!!!!!! 作者简介： 赵启冲 （1983－ ） ， 男， 硕士研究生， 研究方向为机械电子。收稿日期： 机械工程师2009 年第 2 期65学术交流ACADEMIC COMMUNICATION理论 ／ 研发 ／ 设计 ／ 制造差小于某一个设定值时进行模糊自适应 PID 控制。而开 关可以直接通过编程简单方便地实现。 （1 ） 模糊自适应 PID 控制器的设计， 见图 2。rin +计 算 控 制 变 量 模 糊 量 化 处 理 模 糊 控 制 规 则 模 糊 决 策 非 模 糊 化 处 理模糊控制规则见表 1。 3 仿真及实验结果 本文采用机理建模，通过对本电液伺服系统各组成 部件， 分别进行测量， 由经验和实验取定相关参量， 并进out D/AA/D行简化。对于难以测定的参量， 从系统控制的需要出发， 直接用动态分析仪器进行测量。经过实验处理液压伺服 系统的传递函数 （数学模型 ） 如下： G （s ） = 486k1/130 0.46k2s2+s k2 在 ［0.9， 1.1］ 区间内实时变化。 k1， 输入 FAPID 控制器和纯 PID 控制器的响应结果如 图 4~图 7 所示。600 500 密位 400 密位 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 时间/s 6 7 8 60 40 20 0 -20 -40 -60 0 2 4 6 时间/s 8 10 12传感器被控对象执行机构图 2 模糊控制器原理图（2 ） 糊控制器变量的论域确定 从自动控制的角度，希望一个控制系统在要求的范 围内都能很好地实现控制。模糊控制系统设计时也要考 虑这个问题，因此在选择描述某一模糊变量的各个模糊 子集时， 要使它们在论域上的分布合理。 在定义这些模糊 子集时要注意使论域中任何一个对这些模糊子集的隶属 度的最大值不能太小，否则会在这样的点附近出现不灵 敏区， 以至于造成失控， 使模糊控制系统控制性能变坏。 通过对模糊 PID 自适应比例因子算法的改进基础上［3］， 定义下列： 误差 E 的论域范围定义为 ［-12/h1， 12/h］ ， 误差 +6000/h2］ ， PID 参 变化 EC 的论域范围定义为 ［-6000/h2，图 4 500 密位阶跃输入的 图 5 50sin （0.873t ） 正弦输入 FAPID 响应结果600 500 400 密位 密位 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 时间/s 6 7 8 60 40 20 0 -20 -40 -60 0 5 时间/s 10 15的 FAPID 响应结果［-0.9/h3， +0.9/h3］ ， Ki 的论域范围 数 Kp 的论域范围定义为 定义为 ［-0.6/h4， +0.6/h4］ ， Kd 的论域范围定义为 ［-0.03/ h5， 0.03/h5］ 。参考 PID 的比例因子的设定方法 ［4］， 设计论 域调节器。h1 到 h5 由论域调节器优化设定。 （3 ） 模糊控制器的控制规则设计 模糊控制规则的设计包括三部分的设计内容：选择 描述输入输出变量的词集，定义各模糊变量的模糊子集 及建立模糊控制器的控制规则。 根据系统的实际需要， 对 误差变化 EC、 比例系数 Kp、 积分系数 Ki、 微分系数 误差 E、 Kd 都采用七个词集来描述， 分别为： ｛负大， 负中， 负小， 零， 正小， 正中， 正大 ｝ ； 英文描述为： ｛NB， NM， NS， ZO， PS， PM， PB ｝ 。 将确定的隶属度函数曲线离散化，就得到有限个点 上的隶属度， 便构成一个响应的模糊变量的模糊子集。 隶 属度函数曲线形状较尖的模糊子集器分辨率较高，控制 灵敏度也较高； 相反， 隶属度函数曲线形状较缓， 控制特 性也较平缓， 系统稳定性也较好。 模糊控制器的控制规则 4图6纯 PID 响应结果（0.873t ） 正弦输 500 密位阶跃输入的 图 7 50sin 入的纯 PID 响应结果结 论 本文把模糊自适应 PID 控制算法应用于电液伺服系统中， 仿真实验结果表明， 该控制算法能够达到伺服系统 设计的要求， 能够有效地抑止外界带来的干扰， 使整个伺 准确性和稳定性， 是一种行之 服系统具有较好的快速性、 有效控制方法。［参考文献］ ［1］ Ramana Murthy O V, et al. Extended Dynamic Fuzzy Logic System （DFLS ） Based Indirect Stable Adaptive Control of Non-linear Systems ［J］ . Applied Soft Computing， 2004， 4 （2 ） ： 109-119. ［2］ 李鑫， 李众， 张丽娟 .模糊自适应在线调整 PID 参数控制器 ［J］ .仪器仪表应用， 2004， 11 （4 ） ： 37-38. 是基于手动控制策略， 从系统的稳定性 、 响应速度 、 超调 量和稳态精度等各方面看， Kp、 Ki、 Kd 的作用是不一样的 ［5］。 ［3］ WOO Zhi -Wei，CHUANG Hung -Yuan，LIN Jin -Jye.A PID表1NB NMKp， Ki， Kd 的模糊控制规则E NS ZO PS PM PBType Fuzzy Controller with Self -tuning Scaling Factors Fuzzy Sets and Systems ［J］ . Fuzzy Sets and Systems，2000， 115 （1 ） ： 321-326. ［4］ Blanchett T P， Kember G C， Dubay R.PID Gain Scheduling Using Fuzzy Logic ［J］ .ISA Transactions， 2000， 39： 317-325. ［5］ 任敏， 于立新.模糊逻辑参数自整定 PID 复合控制的设计 ［J］ .沈 阳工业大学学报， 2002， 24 （1 ） ： 62-65. （编辑 明 涛 ）NB PB/NB/PS PB/NB/PS PM/NB/ZO PM/NM/ZO PS/NM/ZO PS/ZO/PB ZO/ZO/PB NM PB/NB/NS PB/NB/NS PM/NM/NS PM/NM/NS PS/NS/ZO ZO/ZO/NS ZO/ZO/PM EC NS PM/NM/NB PM/NM/NB PM/NS/NM PS/NS/NS ZO/ZO/ZO NS/PS/PS NM/PS/PM ZO PM/NM/NB PS/NS/NM PS/NS/NM ZO/ZO/NS NS/PS/ZO NM/PM/PS NM/PM/PM PS PS/NS/NB PS/NS/NM ZO/ZO/NS NS/PS/NS NS/PS/ZO NM/PM/PS NM/PM/PS PB ZO/ZO/NM ZO/ZO/NS NS/PS/NS NM/PM/NS NM/PM/ZO NM/PB/PS NB/PB/PS PM ZO/ZO/PS NS/ZO/ZO NS/PS/ZO NM/PM/ZO NM/PB/ZO NB/PB/PB NB/PB/PB!!!!!!!!!! 作者简介： 王荣林 （1978） ， 男， 助教， 硕士研究生， 主要从事机电产品的设计、 开发以及设备维护工作。 收稿日期： 66机械工程师2009 年第 2 期
与《》相关：
- Copyright & 2017 www.xue63.com All Rights Reserved模糊PID控制_模糊PID控制doc下载_爱问共享资料
模糊PID控制.doc
模糊PID控制.doc
模糊PID控制.doc
简介：本文档为《模糊PID控制doc》，可适用于工程科技领域，主题内容包含Fuzzysimulink有关模糊PID问题概述最近很多人问我关于模糊PID的问题我就把模糊PID的问题综合了一下希望对大家有所帮助。一、模糊PID符等。
侵权或盗版
*若权利人发现爱问平台上用户上传内容侵犯了其作品的信息网络传播权等合法权益时，请按照平台要求书面通知爱问！
赌博犯罪类
71人已下载
在此可输入您对该资料的评论~
添加成功至
资料评价：MATLAB遗传算法，重别处找的程序，运行有错误，看不出来，求大神指教怎么改才能出下面那个图。_百度知道
MATLAB遗传算法，重别处找的程序，运行有错误，看不出来，求大神指教怎么改才能出下面那个图。
function [KpKiKd,J]=pidf(KpKiKd,J)
rin yout timef
sys=tf(0.03,[8...]);
zsys=c2d(sys,tz,'z');
[num,den]=tfdata(zsys,'v');
u_1=0.0;u_2=0.0;u_3=0.0;
y_1=0.0;y_2=0.0;y_3=0.0;
我有更好的答案
这是被调用的
你少遗传的程序
采纳率：32%
为您推荐：
其他类似问题
换一换
回答问题，赢新手礼包
个人、企业类
违法有害信息,请在下方选择后提交
色情、暴力
我们会通过消息、邮箱等方式尽快将举报结果通知您。数控技术在磁悬浮轴承中的应用
得到智能PID控制器的控制效果优于保守PID控制器，通过保守PID控制器和智能PID控制器在单自由度中仿真结果进行分析比较。主要体现在从起浮到平衡所需时间短，控制精度高，抗干扰能力强。
　　提出了一种在惯例PID基础上的智能PID控制器的新型数字控制器设计。其核心部件是TI公司的TMS320LF2407A设计了五自由度磁悬浮主轴系统的硬件总体框图。用C2000作为开发平台，本文介绍磁悬浮主轴系统的组成及工作原理。设计在惯例PID基础上的智能PID控制器。理论分析结果标明：这种智能PID控制器能实现更好控制效果，达到更高的控制精度要求。
　　磨损严重，主动（AMB以下简称磁轴承）集众多门学科于一体的最能体现机电一体化的产品。磁悬浮轴承与传统的轴承相比具有以下优点：无接触、无摩擦、高速度、高精度。激进轴承使用时间长后。必需更换，对油润滑的轴承使用寿命会延长、但时间久了不可防止会出现漏油情况，对环境造成影响，这一点对就可以避免，可以说是一种环保型的产品。而且磁轴承不仅具有研究意义，还具有很广阔的应用空间：航空航天、交通、医疗、机械加工等领域。国外已有不少应用实例。
　　但模拟控制器与数字控制器相比有以下不足：一）调节不方便、二）难以实现复杂的控制、三）不能同时实现两个及两个以上自由度的控制、四）互换性差，系统是由以下五部分组成：控制器、转子、电磁铁、传感器和功率放大器。其中最为关键的部件就是控制器。控制器的性能基本上决定了整个磁悬浮轴承系统的性能。控制器的控制规律决定了磁轴承系统的动态性能以及刚度、阻尼和稳定性。控制器又分为两种：模拟控制器和数字控制器。虽然国内目前广泛采用的模拟控制器虽然在一定水平上满足了系统的稳定性。即不同的磁悬浮轴承必需有相对应的控制器、五）功耗大、体积大等。磁轴承要得到广泛的应用，模拟控制器的线调节性能差不能不说是其原因之一，因此，数字化方向是磁轴承的发展趋势。同时，要实现磁轴承系统的智能化，显然模拟控制器是难以满足这方面的要求。因此从提高磁轴承性能、可靠性、增强控制器的柔性和减小体积、功耗和今后往网络化、智能化方向发展等角度，必需实现控制器数字化。近三十年来控制理论得到飞速发展并取得了广泛应用。控制器的控制规律研究在近些年也取得了显著的进展，目前国外涉及到控制规律有：惯例PID和PD控制、自适应控制、H∞控制等，国内涉及到控制规律主要是惯例PID及PD控制和H∞控制，但H∞控制胜利应用于磁悬浮轴承系统中的相关信息还未见报道。
　　国外的研究状况和产品化方面都领先国内很多年。国外已有专门的磁悬浮轴承公司和磁悬浮研究中心从事这方面的研发和应用方面工作，如SKF公司、NASA等。其中SKF公司的磁轴承的控制器所用控制规律为自适应控制，其产品适用的范围：承载力502500N转速1,从当前国内外发展情况来看。r/min工作温度低于220℃。NASA美国航天局，开展磁悬浮研究已有几十年，主要用于航天上，研究领域包括火箭发动机和磁悬浮轨道推进系统（2002年9月已完成在磁悬浮轨道上加2g加速度下可使火箭的初始发射速度达到643965km/h目前国内还没有一家公司，要赶上国外磁悬浮轴承发展水平，必需加大人力、物力等方面的投入。国内对磁悬浮轴承控制器的控制规律研究起步较晚，当前使用较多的都是惯例PID和PD控制，实际电路中也有使用PIDD控制精度相对来说不是很高，而且每个系统都必须对应相应的KPKIKD调节起来很麻烦，使用者同样会觉得很不方便。为了使磁悬浮轴承产品化，必需解决上述问题，任何人都能很方便的使用，必需把它做成象“傻瓜型设备一样的产品这就得首先解决控制器的问题。解决此问题就是使控制器智能化。智能化的内容包括硬件的智能化和软件的智能化。本文仅讨论控制器在控制算法方面的智能化问题以及实现手段，可为最终解决磁悬浮轴承智能化奠定一定的基础。
　　2磁轴承系统的组成及工作原理
　　用数学模型精确地描述是非常困难，磁轴承系统由转子、电磁铁、传感器、控制器和功率放大器五部分组成。磁轴承系统是一个非常复杂的机电一体化系统。一般都采用在平衡点附近进行分析，再进行线性化处理。不考虑五自由度之间耦合的情况下，只需进行单自由度的分析。
　　偏移为x为使轴承回到平衡位置，工作原理：转子在偏置电流I0作用下处于平衡位置x0若某时刻出现一干扰f0转子就会偏离平衡位置。须加上控制电流ic使电磁铁Ⅰ的磁力增加，电磁铁Ⅱ的磁力减小。此时转子所受的力为：
　　S为气隙截面积，其中：μ0为导磁率。N为线圈匝数。对式（1x＝0ic＝0处线性化，不考虑其它力的情况下，由牛顿第二定律得：
　　电流刚度系数。对（2式进行Laplac变换得：其中：位移刚度系数。
　　3PID控制器及其智能化方法
　　3.1惯例PID控制器
　　有必要在此回顾一下传统的PID控制器。为了比拟。
　　惯例PID控制是建立在具有精确的数学模型的基础上的具有结构简单、稳定性能好、可靠性等优点。当代的控制领域，众所周知。PID控制在控制领域中占有非常大的比重。设计它关键是PID参数的整定问题。但在现实的控制中，其过程非常复杂，某时刻具有高度非线性、时变不确定性、滞后性等。外界干扰、负载扰动等因素的影响下，其参数甚至数学模型都会发生改变，这时，惯例PID显然不能满足那些高精度控制的要求。如果能实时调整PID参数的话，这样肯定可以满足要求。这种PID就是智能PID
　　3.2智能PID控制器
　　以及不时应用到实践中，随着近几十年智能控制理论的快速发展。目前应用最为活跃的智能控制包括：模糊控制、神经网络控制和专家控制。人们逐渐把智能控制的思想应用到惯例PID中，形成多种形式的智能PID控制。兼具有智能控制和传统PID两者优点，如：智能控制中的自动整定控制参数能很好地适应控制过程中参数变化和传统PID控制的结构简单、可靠性高等，已为人们所熟知。正是基于这两大优点，智能PID控制为许多控制过程所采用。智能PID控制器又可以分为：基于神经网络的PID控制器、模糊PID控制器、专家PID控制器等多种。
　　3.3专家PID控制器
　　增加了误差e和误差变化率&查Fuzzi矩阵集、知识库，专家PID控制器原理图如图3所示。保守PID算法的基础上。通过知识判断来确定是否要调整及怎样调整PID三个参数KpKiKd显然它可以根据专家知识和经验实时调整PID三个参数，具有很好的控制性和鲁棒性。本文就这类控制器的设计进行简单的论述。
　　4硬件设计
　　同时也为了使其优点能得到充沛的发挥，考虑到磁悬浮主轴系统的特点。数字控制器采用DSP作为核心部件。综合考虑TI公司的各款DSP芯片的性能和集成在芯片内的模块，选用TI公司专门用于工业控制TMS320LF2407A作为核心部件。
　　最大为40MHz本文晶振采用15MHz经陪频后作为其工作频率30MHz二）该芯片集成了2个8选110位A/D转换器，TI公司的TMS320LF2407A芯片具有以下特性：一）可以采用内部工作频率20MHz也可以外加工作频率。共16路。三）自带16KFlashROM和544字数据存储器。四）具有12路PWM输出。五）集成了WatchdogPLL时钟、EV事件管理器等电路。由于该芯片集成这些在控制中非常有用的电路，这就一方面减小了硬件设计难度和体积，另一方面提高了系统的可靠性。
　　大概为024V而TMS320LF2407A芯片中集成的A/D转换器的范围为0＋5V原因：DSP只能处置0＋5V之间的信号）因此须加一电平转换电路。转换原理：因为传感器分辨率决定了磁轴承系统的最小控制精度，电涡流位移传感器的输出范围一般都比较宽。所以电平转换电路必需保证分辨率的情况下进行，即保证－14.59.5V之间的电压不变，其余按最大化处理。
　　5软件设计
　　软件包括系统初始化、控制算法和特殊情况（如掉电、溢出等）处置。TMS320LF2407A基于C2000开发环境，作为一个系统。可以用汇编语言和C语言进行开发。C语言具有开发周期短、可读性和可移植性强，但执行效率低、故障自诊断能力弱。而汇编语言执行效率高，但指令多，编写繁琐，掌握不易。因此一般情况下，调用频繁局部（如：中断局部和初始化部分）用汇编语言，控制算法采用C语言编写以降低程序的复杂度并提高它可修改性。控制算法采用保守PID基础上的专家PID控制。保守PID控制采用微分先行的实际微分PID结构如图5所示。
　　N为具体的磁悬浮主轴系统所对应的最大控制量。本文的系统软件编写采用汇编语言和C语言两种语言混合编写。系统软件的关键局部就是控制算法的编写。编写控制算法前通过对具体的磁悬浮主轴系统的模型进行稳定性分析并仿真找到最优控制的PIDKpKiKd三个参数。并根据以前的模拟控制和数字控制的经验来确定e&与KpKiKd所对应的模糊集。具体的软件编辑框图如图6其中EV为事件管理器。
文章来源：http://www.wx-ys.net/html/article/68.html
已投稿到：
以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。