FUZZYPID串联控制减振系统的仿真研究钢珠

FUZZY-PID串联控制减振系统的仿真研究

FUZZY-PID串联控制减振系统的仿真研究 2011年12月09日 来源： 0　引　言　　通常无源隔振通过配置最佳刚度系数和最优阻尼系数能比较满意地隔离高频振动，但对超低频振动，特别是含超低频分量的宽频带随机扰动隔振效果很差，胡须采用主动控制。目前主动控制减振系统结构复杂、占空间大、设备偏贵。其中，PID控制算法简单、稳态性能好，但动态性能差；而FUZZY(模糊)控制，作为一种语言型智能控制，方法简单灵活，采用手动控制规则或由专家经验建立的模糊控制规则，模拟人脑的逻辑推理和决策过程，可以摆脱对象数学模型的束缚，动态性能好，但稳态性能差。本文利用这两种控制各自的特点，取长补短，构成的FUZZY-PID串联控制减振系统，可进一步提高动静态性能。1　FUZZY-PID串联控制减振系统　　减振系统的结构模型如图1(a)所示，其中m-k-c为二阶振动模型，m——质量块的质量，k——弹簧刚性系数，c——阻尼系数；A-C-f(t)为主动控制减振部分，A——测振仪，C-FUZZY-PID控制器，f(t)——抑制振动的反馈作用力；x(t)——质量块位移，r(t)——扰动。系统结构框图示于图1(b)，其中G1(S)、G2(S)为振动对象的数学模型，Gh(S)为零阶保持器，XO——质量块平衡位置，误差e为扰动r(t)引起质量块对平衡位置的偏移，K——程控开关。二维FUZZY控制器结构示于图1(c)。图 1　　在扰动r(t)作用于振动模型(m-k-c)之始，质量块m远离平衡位置XO，偏差e(k)超过其论域值E的“0”档，程控开关K闭合，这时系统偏差与FUZZY控制器输出之和为PID控制器的输入，较大的激励产生较强的控制信号使质量块很快回到平衡位置附近；当偏差处于“0”档时，K断开，这时PID控制器输入仅为偏差，其控制力可使已振动微弱的质量块平稳地回到平衡位置XO。　　FUZZY-PID控制器输出控制力　　　2　系统仿真　　首先对本系统所含模糊控制器作些说明。　　(1) 模糊化　　将位移、速度、控制力的物理论域量化到整数论域｛-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6｝，并取“负大(NB)”、“负中(NM)”、“负小(NS)”、“零(ZO)”、“正小(PS)”、“正中(PM)”、“正大(PB)”7个档次语言变量。一般在论域值“0”附近，取分辨率较高的隶属函数；在较大论域值的区域，取分辨率较低的隶属函数。其实隶属函数形状对性能影响不大。　　(2) 模糊控制规则与查询表的确定　　FUZZY控制器是根据当前质量块的位移和速度求得相应的控制力以阻止质量块运动。根据分析所得模糊控制规则表，并由模糊控制算法求出以模糊变量论域值表示的二维模糊控制查询表。欲在线调整查询表，可用解析式表述：　　　　　　式中，a为偏差加权系数，β为从偏差论域E与偏差变化率论域C变换到控制力论域U的比例系数，可归并到比例因子GU中。　　(3)离散化　　图1(b)所示的振动对象数学模型：，零阶保持器，采用后向差分用代入后得差分方程：　　其中，T为采样周期，位移x(k)=x(t)｜t=kT，扰动r(k)=r(t)｜t=kT，控制u(k)=u(t)｜t=kT。　　本文采用解析函数法计算模糊控制量：　　　　　　　e(k)=x(k)-x0　　　　　　　c(k)=e(k)-e(k-1)　　　　　　　E=〈KE*e(k)〉　　　　　　　　　(4) 程序框图　　FUZZY-PID串联控制减振系统仿真程序框图示于图2。

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