专利名称：基于模糊自适应pid控制器的伺服电机转速控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种基于模糊自适应PID控制器的伺服电机转速控制系统，属于电机控制技术领域。
背景技术：
在采用常规的PID控制吋，比例、积分和微分三个參数的调整通常依靠经验，是ー项非常费时费力的工作，且难以找到ー组合适的PID常数。将模糊控制理论和PID控制结合起来的模糊自适应PID控制，既有模糊控制灵活而适应性强的优点，又有PID控制精度高的优点，可以更有效地实现人的控制策略和经验。
伺服电机系统具有精度高、工作可靠、控制简单、成本相对较低等特点而被广泛应用。在伺服电机闭环调速系统中，大多采用常规PID控制器，该控制方法应用广泛，但要求对象为精确数学模型，參数是固定不变的，难以适应各种扰动及对象的变化。而由于伺服电机本身是ー个非线性的被控对象，传统的PID控制策略在实际应用中难以保持设计时的性能。随着模糊控制技术应用的日渐成熟，又由于模糊控制不依赖于被控对象的精确数学模型，能够克服非线性因素的影响，对调节对象的參数变化具有较强的鲁棒性，所以将模糊控制与传统的PID控制结合已应用于许多领域。
实用新型内容本实用新型的目的是针对伺服电机闭环调速系统中采用的常规PID所存在的问题，提出了ー种系统响应速度快，超调量明显减少，在线參数自整定能力强，具有较好的抗干扰性，可获得较好的动态特性，具有较强的自适应能力的基于模糊自适应PID控制器的伺服电机转速控制系统。本实用新型的技术解决方案一种基于模糊自适应PID控制器的伺服电机转速控制系统，包含伺服电机和驱动伺服电机运动的驱动电路，其特征是，包括依次设置的位置模糊自适应PID控制器、速度模糊自适应PID控制器和电流模糊自适应PID控制器，由第一比较电路将伺服电机输出的位置信号与给定位置信号进行比较，并将比较结果作为所述位置模糊自适应PID控制器的输入信号，由第二比较电路将所述位置模糊自适应PID控制器的输出信号与伺服电机的速度信号进行比较，并将比较结果作为所述速度模糊自适应PID控制器的输入信号，由第三比较电路将所述速度模糊自适应PID控制器的输出信号与所述驱动电路的输出信号进行比较，并将比较结果作为所述电流模糊自适应PID控制器的输入信号，所述电流模糊自适应PID控制器的输出信号输入所述驱动电路。伺服电机输出的位置信号经ー微分电路转换为伺服电机的速度信号，反馈输入至所述第二比较电路。通过模糊控制规则和模糊推理确定模糊推理规则表，设置所述位置模糊自适应PID控制器、速度模糊自适应PID控制器和电流模糊自适应PID控制器中的比例、微分和积分三个参数的模糊推理规则表后，通过模糊推理规则表设置位置模糊自适应PID控制器、速度模糊自适应PID控制器和电流模糊自适应PID控制器中的控制参数。本实用新型所达到的有益效果本实用新型的基于模糊自适应PID控制器的伺服电机转速控制系统将模糊控制与传统的PID控制相结合，用于对伺服电机转速进行控制，系统响应速度快，超调量明显减少，在线参数自整定能力强，具有较好的抗干扰性，可获得较好的动态特性，具有较强的自适应能力。
图I是本实用新型的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。如图I所示，本实用新型的基于模糊自适应PID控制器的伺服电机转速控制系统包括位置模糊自适应PID调节器、速度模糊自适应PID控制器、电流模糊自适应PID控制器、驱动电路、伺服电机和微分电路。其中，第一比较电路输出端和位置模糊自适应PID控制器输入端相接，位置模糊自适应PID控制器输出端和第二比较电路输入端相接，第二比较电路输出端和速度模糊自适应PID调节器电路输入端相接，速度模糊自适应PID调节器电路输出端和第三比较电路输入端相接，第三比较电路输出端和电流模糊自适应PID控制器输入端相接，电流模糊自适应PID控制器输出端和驱动电路输入端相接，驱动电路输出端反馈输入至与第三比较电路的反馈输入端相接，驱动电路的输出端同时和伺服电机输入端相接，用于驱动伺服电机运行。同时，采集伺服电机的位置信号反馈输入至第一比较电路的反馈输入端，由第一比较电路将给定位置信号与采集的伺服电机的位置信号进行比较，并由第一比较电路输出端将比较信号输出至位置模糊自适应PID调节器。采集的伺服电机的位置信号同时经一微分电路转换为速度信号，反馈输入至第二比较电路的反馈输入端，由第二比较电路将位置模糊自适应PID控制器输出端输出的信号与从反馈输入端输入的信号进行比较，并由第二比较电路输出端将比较信号输出至速度模糊自适应PID调节器。第三比较电路将速度模糊自适应PID调节器输出的信号与从驱动电路输出端反馈输入的信号进行比较，并由第三比较电路输出端将比较信号输出至电流模糊自适应PID控制器。所述的三类位置、速度和电流模糊自适应PID控制器是在传统PID控制的基础上，通过模糊控制规则和模糊推理确定模糊控制表，在控制中通过对模糊控制表调整PID控制的参数，将模糊控制和PID控制器两者结合起来，扬长避短，使其既具有模糊控制灵活而适应性强的优点，又具有PID控制精度高的特点。模糊自适应控制器的基本思想是当误差大时，需加大误差控制作用的权重，以快速消除误差，提高系统响应速度；当误差小时，需加大误差变化量控制作用的权重，以避免超调使系统尽快进入稳态。根据上述规律，可设计模糊自适应PID控制器的比例、微分和积分三个參数的模糊推理规则表，从而设置相应的控制參数。控制系统中的控制对象是伺服电机，伺服电机系统在实际工作时，调速系统不同程度地存在着非线性、參数时变性和模糊不确定性，很难赋予系统控制输入量以确切的数值，此时其控制效果就不十分理想，对此通常采用模糊控制策略，采用模糊自适应PID控制器来控制伺服电机的转速。本专利中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神做举例说明。本领域的技术人员可以对所描述的具体实施例进行变换及等同替代。因此，本实用新型发明不局限于 所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
权利要求1.一种基于模糊自适应PID控制器的伺服电机转速控制系统，包含伺服电机和驱动伺服电机运动的驱动电路，其特征是，包括依次设置的位置模糊自适应PID控制器、速度模糊自适应PID控制器和电流模糊自适应PID控制器， 由第一比较电路将伺服电机输出的位置信号与给定位置信号进行比较，并将比较结果作为所述位置模糊自适应PID控制器的输入信号， 由第二比较电路将所述位置模糊自适应PID控制器的输出信号与伺服电机的速度信号进行比较，并将比较结果作为所述速度模糊自适应PID控制器的输入信号， 由第三比较电路将所述速度模糊自适应PID控制器的输出信号与所述驱动电路的输出信号进行比较，并将比较结果作为所述电流模糊自适应PID控制器的输入信号， 所述电流模糊自适应PID控制器的输出信号输入所述驱动电路。
2.根据权利要求I所述的基于模糊自适应PID控制器的伺服电机转速控制系统，其特征是，伺服电机输出的位置信号经一微分电路转换为伺服电机的速度信号，反馈输入至所述第二比较电路。
3.根据权利要求I所述的基于模糊自适应PID控制器的伺服电机转速控制系统，其特征是，设置所述位置模糊自适应PID控制器、速度模糊自适应PID控制器和电流模糊自适应PID控制器中的比例、微分和积分三个参数的模糊推理规则表，通过模糊推理规则表设置控制参数。
专利摘要本实用新型公开了一种基于模糊自适应PID控制器的伺服电机转速控制系统，由第一比较电路将伺服电机输出的位置信号与给定位置信号进行比较后作为位置模糊自适应PID控制器的输入信号，由第二比较电路将位置模糊自适应PID控制器的输出信号与伺服电机的速度信号进行比较后作为速度模糊自适应PID控制器的输入信号，由第三比较电路将速度模糊自适应PID控制器的输出信号与驱动电路的输出信号进行比较后作为电流模糊自适应PID控制器的输入信号，电流模糊自适应PID控制器的输出信号输入驱动电路。系统响应速度快，超调量减少，控制精度高，在线参数自整定能力强，具有较好的抗干扰性和动态特性，具有较强的自适应能力。
文档编号H02P21/00GK202663351SQ20122028322
公开日2013年1月9日 申请日期2012年6月15日 优先权日2012年6月15日
发明者华民刚, 陈俊凤, 费峻涛 申请人:河海大学常州校区