基于模糊PID的气缸位置控制研究

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气动比例/伺服系统以其制造简单、易维护、对环境污染小以及高性价比等优势,已经成为工业自动化领域不可或缺的一部分。如何使气动比例/伺服系统得以快速、精确的控制一直是气动技术重要的研究方向。  本文以气动比例位置控制系统为研究对象,在组成气动系统的硬件条件很难短期内有很大改变的前提下,主要从控制策略方面入手,通过新的控制方法提高气动比例位置控制系统的控制精度及适用性。  首先,概述了气动比例/伺服系统的发展历程和研究现状,综述了控制元件、执行元件及控制策略的发展现状。分析了气动比例位置控制系统的组成、结构及工作原理,建立了比例位置控制系统的数学模型,分析了系统特性,结果表明必须通过合适的控制策略才能达到满意的控制效果。  其次,设计了目前工程上比较常用的 PID控制器和模糊控制器对系统进行控制,并对此进行了仿真研究。研究结果表明,单一的控制器由于自身限制很难达到满意的控制效果。通过总结PID控制和模糊控制的优缺点,设计了采用模糊PID切换控制策略控制的复合控制器,并进行了仿真研究。结果表明:所设计出的模糊 PID切换控制的复合控制器较好地融合了两种控制策略的优点,达到了很好的控制效果。为了增强复合控制器的适用性,基于变论域思想,引入了整定模糊控制器量化因子和比例因子的算法,使复合控制器具有更强的鲁棒性和适用性,丰富了比例位置控制的算法,满足了气动技术对控制精度的更高要求。  最后,基于AMESim建立比例位置控制系统的物理模型,与Matlab/simulink进行了联合仿真,验证了所建数学模型和控制策略是正确的。同时,通过AMESim的人机对话接口,研究了系统的各主要参数对其性能的影响,为气动位置控制系统的设计提供了一些有益的结论。
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