模糊控制器在液压A GC系统中的应用.pdf

第 4 3卷第 6期 2 0 1 4年 1 2月 有色金属／ j n - r NONF ERROUS ME T AL S P ROCE SSI NG Vo 1． 4 3 NO ． 6 De c e mb e r 2 0 1 4 模糊控 制器在液压 A G C系统 中的应用 叶 海 中色科技股份有限公司， 河南 洛阳4 7 1 0 3 9 摘要 在分析轧机液压 A G C系统数学模型的基础上， 将模糊控制和 P I D控制结合起来， 设计了模糊 自适应 P I D控制方 法。仿真结果表明， 模糊 自适应 P I D控制方法的效果明显优于传统的 P I D控制。 关键词 液压 A G C系统； P I D控制； 模糊控制； 仿真 中图分类号 T G 3 3 4 ． 9 4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 6 7 9 5 2 0 1 4 0 6 0 0 5 8 0 3 由于轧制工艺的复杂性 ， A G C系统参数存 在不确 定性 ， 系统存在着滞后 、 时变及非线性等特点 ， 常规 的 P I D控制不易实现此类过程的精确控制 。本文将模糊 控制和 P I D控制两 者结合起 来 ， 设 计 了模糊 自适应 P I D控制方法 ， 该方法既具有模糊控制灵活、 适应性强 的优点 ， 又具有 P I D控制精度 高的特点 ， 仿真结果证 明了其有效性 。 1 液压 A G C系统动态模型的建立 1 ． 1 伺 服 阀 由于轧辊运动 时 ， 系统 的增益 在 两个方 向上不 同， 因此要对 I0和 0两种情况分别建 立数学 模型。 当 ≥ 0 ， 伺服阀的流量方程为 广一 q L ，P 一 P 。 C d W X ／ -- p 一 P ； P 当 0， 伺服阀的流量方程为 q L ， P C d ／ 。 。 P 式 中， q L 一伺服阀负载流量 ， m ／ s ； C 一伺服 阀的流量系数 ； 一 伺服 阀节流 口的面积梯度 ， m； J 9 一油液密度 ， k g ／ m。 ； 一 阀芯位移 ， m； P 一供油压力 ， P a ； p 一负载压力 ， P a 。 伺服阀的数学模型可简化为二 阶振荡环节 0 ] ， 其传递函数为 W v s 忐 V W 式中， K 一电液伺服阀流量增益 ， m ／ s ／ A； o J 一电液伺服阀的固有频率， r a d ／ s ； s 一拉普拉斯算子 ； 一 伺服阀阻尼比。 1 ． 2 液 压缸 以 Q为输入 ， 以 y为输出， 液压缸的传递函数为 式 中， y 一液压缸的位置输 出， m； A 一液压缸的活塞面积 ， m ； 一负载刚度与阻尼系数之比， r a d ／ s 。 2 模糊控制器的设计 模糊自适应 P I D是在 P I D算法的基础上， 利用模 糊规则进行模 糊推理 ， 查询模糊 控制 表进行参 数调 整 J 。P I D参数的整定必须考虑到在不 同时刻三个参 数的作用以及相互之间的互联关系。模糊 自适应 P I D 控制器结构框图如下 图 1所示 J 。 输入 、 输 出变 量 的隶 属度 函数为三 角形隶 属 函 数 ， 它们的论域分别为 e[一3 ，3 ] ， e [一3 ，3 ] ， [一3 ，3 ] ， K [一 3 ， 3 ] ， K d [一 3 ， 3 ] 收稿 日期 2 0 1 4 0 7 0 7 作者简介 叶海 1 9 8 6一 ， 男， 硕士， 助理工程师， 主要从事液压系统的设计与研究。 丢 一 一／ 一 y Q 第 6期 有色金属加工 5 9 图 1 模糊 自适应 P I D控 制原理图 F i g ． 1 S c h e ma t i c o f a d a p t i v e f u z z y P I D c o n t r o l 由 e ， e c 和 △ ， △ 和 △ 的模糊控制规则表构 造一个两输入 e ，e 。 三输 出 AK ， AK ， 和 AK 。 模 糊控制器 ， 如 图2、 3 。 图 2 模糊 自适 应控 制器 的内部结构 F i g ． 2 I n t e r n a l s t r u c t u r e o f a d a p t i v e f u z z y c o n t ’o i l e r 3 系统仿 真 3 ． 1 A G C系统控制仿真图 图3 液压 A G C系统位置内环方框图 F i g ． 3 I n t e r n a l b l o c k d i a g r a m o f h y d r a u l i c AGC s y s t e m 通过仿真工具 S i m u l i n k逐步校正 ， 最终取 K p 5， K 1 0 ． 7 图 4 、 5 。 ■ I O矗啦 I l 口 8 2 9 3 1 2 l r ‘ l r I o 0 ∞ ∞ 嘲 ’ ’ l b J o o 1 鞭 嬉 ， 3 m 豺3 2 奉 2 。 8 葶 ’ l l Co rld 2一 一 m 一 l f c 阁 1 0 ． 0 t 7 8 I l 3 5 4 ． l i l r - 1o 崩 如 ∞ ∞ o ‘ 0 眙 艏’ ， ． ’ r l o ， o ‘ 枷 l 1 l 3 哟 Ia ∞ 2 蕾 1 8 1 l S wi t o h 3 T t a r F T t a t n t ／ e r F c a n t 图 4系统 P I D控制 阶跃输入仿真 图 F i g ． 4 S i mu l a t i o n d i a g r a m o f s t e p i n p u t w i t h P I D c o n t r o l