一種主從軸控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，特涉及一種主從軸控制方法。本發(fā)明通過(guò)在從軸模糊PID閉環(huán)控制跟隨算法，并通過(guò)分段補(bǔ)償、模糊控制器優(yōu)化等方式實(shí)現(xiàn)了重型平臺(tái)高精度平穩(wěn)舉升的要求，解決了雙軸同步精度不高，系統(tǒng)復(fù)雜可靠性性較差的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種主從軸控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，特涉及一種主從軸控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 雙軸同步在舉升重物領(lǐng)域運(yùn)用廣泛，目前采用較多，技術(shù)成熟的方法有：1、開(kāi)環(huán) 控制，兩根軸由同一油缸供油，供油的開(kāi)度通過(guò)油缸內(nèi)的比例閥調(diào)節(jié)，使得兩根軸上的油壓 大致相同，達(dá)到兩軸同步的目的。2、虛擬軸控制，通過(guò)給定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)軸信號(hào)作為虛擬軸，激 勵(lì)兩根軸跟隨虛擬軸運(yùn)動(dòng)，已達(dá)到兩軸同步。3、主從控制，一根軸跟隨另外一根軸運(yùn)動(dòng)，達(dá) 到兩軸同步。從軸進(jìn)行多層閉環(huán)控制以達(dá)到跟隨的目的。三重閉環(huán)控制器設(shè)計(jì)較復(fù)雜，易 出現(xiàn)積分飽和情況，這對(duì)舉升重量大的物體較為不利。但這幾種主從軸的控制精度都高，難 以滿足重型平臺(tái)高精度平穩(wěn)舉升的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)【背景技術(shù)】的不足，本發(fā)明通過(guò)在從軸模糊PID閉環(huán)控制跟隨算法，并通過(guò)分 段補(bǔ)償、模糊控制器優(yōu)化等方式實(shí)現(xiàn)了重型平臺(tái)高精度平穩(wěn)舉升的要求，解決了雙軸同步 精度不高，系統(tǒng)復(fù)雜可靠性性較差的問(wèn)題。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種主從軸控制方法，包括主軸數(shù)字PID閉環(huán)控制調(diào)速，從 軸模糊PID閉環(huán)控制跟隨，其中主軸調(diào)速控制直接通過(guò)試湊法得到參數(shù)，其特征在于：所述 的從軸模糊PID閉環(huán)控制跟隨包含主軸信號(hào)延時(shí)滯后的補(bǔ)償?shù)牟襟E、模糊控制器設(shè)計(jì)的步 驟、模糊控制器優(yōu)化的步驟、模糊控制器參數(shù)調(diào)整的步驟。
[0005] 如上所述的主從軸控制方法，其特征在于：所述的主軸信號(hào)延時(shí)滯后的補(bǔ)償為： 將主軸的微分量信號(hào)進(jìn)行中值濾波，并采用分段補(bǔ)償；具體的分段的方法為：將整個(gè)時(shí)間 段分成若干段，從中間段向前的幾段補(bǔ)償系數(shù)逐漸減小，向后的幾段補(bǔ)償系數(shù)逐漸增大。
[0006] 如上所述的主從軸控制方法，其特征在于：所述的模糊控制器設(shè)計(jì)的步驟為：先 控制器左側(cè)的ro組成了相位超前環(huán)節(jié)，模糊控制器的PI組成了相位滯后環(huán)節(jié)，分別對(duì)系統(tǒng) 的整體、高頻段和低頻段進(jìn)行補(bǔ)償和調(diào)節(jié)。
[0007] 如上所述的主從軸控制方法，其特征在于：所述的模糊控制器優(yōu)化的步驟為：增 加輸出結(jié)果的平滑性；將正偏差小區(qū)域的中心值設(shè)置得比負(fù)偏差小區(qū)域的中心值設(shè)置得靠 近零點(diǎn)，快速地消除超調(diào)。
[0008] 如上所述的主從軸控制方法，其特征在于：所述的模糊控制器參數(shù)調(diào)整的步驟： 得到設(shè)定GE值下的最大e值，以得到的最大e值進(jìn)行模糊控制器參數(shù)的調(diào)整。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為本發(fā)明流程框圖； 圖2 :未分段補(bǔ)償； 圖3 :分段補(bǔ)償； 圖4 :模糊控制器模型； 圖5 :非線性模糊控制器模型圖； 圖6 :改進(jìn)后模糊控制器模型； 圖7 :模糊控制器參數(shù)調(diào)整圖。
[0010]

【具體實(shí)施方式】
[0011] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0012] 如圖1所示，本發(fā)明順序包括主軸數(shù)字PID閉環(huán)控制調(diào)速，從軸模糊PID閉環(huán)控制 跟隨。其中主軸調(diào)速控制直接通過(guò)試湊法得到參數(shù)，從軸跟隨控制包含模糊控制器的設(shè)計(jì)、 模糊控制器的優(yōu)化、模糊控制器參數(shù)的調(diào)整，主軸信號(hào)延時(shí)滯后的補(bǔ)償。
[0013] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014] 本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例： 本發(fā)明涉及舉升重量大于1000kg的重物，舉升高度大于5米。舉升過(guò)程需平穩(wěn)，且有 一定的速度要求。
[0015] 1. 1主軸調(diào)速控制； 根據(jù)舉升初始階舉升中期油缸壓力與行程角度較大且速度要求高，舉升后期精度要求 高的特點(diǎn)，對(duì)無(wú) PID的閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行頻域分析，再通過(guò)PID補(bǔ)償試湊(見(jiàn)陳伯時(shí)主編的電力 拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第二章)，得到低頻段增益大、中頻段截止頻率較高、高頻段衰減較大的 頻譜特性。
[0016] 1. 2主軸信號(hào)延時(shí)滯后的補(bǔ)償 從軸輸入為主軸輸出yl的滯后信號(hào)，且滯后較大。
[0017] 傳統(tǒng)的大滯后采用Simith預(yù)估器解決，但對(duì)模型誤差估計(jì)要求較高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也 較復(fù)雜。鑒于微分具有超前度的特性，采用以主軸輸入微分為主，輸出微分中值（以當(dāng)前時(shí) 刻為中心的微分區(qū)域）為輔的補(bǔ)償，在補(bǔ)償系數(shù)取一致的情況下，呈現(xiàn)了前半段補(bǔ)償大，后 半段補(bǔ)償小，見(jiàn)圖2。原因?yàn)槲⒎忠资芨蓴_，且補(bǔ)償時(shí)高速段仍有滯后。解決的方法將微分 量進(jìn)行中值濾波，至于變化的速度造成的滯后，可以嘗試分段補(bǔ)償。分段的方法為：將整個(gè) 時(shí)間段分成若干段，從中間段向前的幾段補(bǔ)償系數(shù)逐漸減小，向后的幾段補(bǔ)償系數(shù)逐漸增 大。本文分為6段，分段補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果見(jiàn)圖3。
[0018] 1. 3模糊控制器的設(shè)計(jì)； 模糊PID控制器模糊控制器是對(duì)經(jīng)典的相位滯后-相位超前和順饋PID進(jìn)行級(jí)聯(lián)得到 的，不意圖見(jiàn)圖4 : 其中GCE和G⑶組成了順饋回路，模糊控制器左側(cè)的ro組成了相位超前環(huán)節(jié)，模糊控 制器的PI組成了相位滯后環(huán)節(jié)，分別對(duì)系統(tǒng)的整體、高頻段和低頻段進(jìn)行補(bǔ)償和調(diào)節(jié)。
[0019] Kp = GCU * GCE + ⑶ * GE (式 1) Ki = GCU * GE (式 2) Kd =⑶ * GCE (式 3) 在輸入誤差E (圖4中的e，下文中統(tǒng)稱E)大的地方變化率大以致接近超調(diào)，在輸入誤 差E小的地方變化率小使得誤差不能及時(shí)消除，因此需要一種輸入E大的地方變化率（圖4 中的-cy，下文統(tǒng)稱變化率CE)偏小、E小的地方變化率偏大的曲線。
[0020] 設(shè)置完條件rule，完整的非線性模糊控制器模型就設(shè)計(jì)完成了，可以通過(guò)模糊控 制器的模型試圖觀看其變換趨勢(shì)，見(jiàn)圖5。
[0021] 1.3模糊控制器的優(yōu)化； 從上面的非線性模糊控制控制的效果來(lái)看，雖然效果優(yōu)于經(jīng)典PID控制，但是優(yōu)化的 效果較小。分析效果差異時(shí)發(fā)現(xiàn)，條件rule的條件在某些方面調(diào)整不夠，要提高跟隨性，在 E大且為正的情況下，無(wú)論CE變換如何，都應(yīng)該輸出正的大輸出。
[0022] 輸出不再輸出單值，而是在一定范圍內(nèi)的值，可以增加輸出結(jié)果的平滑性；將正偏 差小區(qū)域的中心值設(shè)置得比負(fù)偏差小區(qū)域的中心值設(shè)置得靠近零點(diǎn)，是因?yàn)橐坏┏{(diào)，輸 出值在負(fù)偏差小區(qū)域情況下也能較大，快速地消除超調(diào)，出現(xiàn)超調(diào)是系統(tǒng)不愿意出現(xiàn)的情 況，但一旦出現(xiàn)了，必須得盡快地消除超調(diào)。改進(jìn)后模型見(jiàn)圖6。
[0023] 改進(jìn)后控制器模型在E大的區(qū)域，CE接近水平線；在E小的區(qū)域，CE的曲線起伏 最大。
[0024] 1. 4模糊控制器參數(shù)的調(diào)整； E的范圍在設(shè)計(jì)模糊控制器時(shí)已經(jīng)設(shè)定，主軸與從軸誤差e的大小是時(shí)變的，在仿真完 畢后可以得到設(shè)定GE值下的最大e值，以得到的最大e值帶入式子中得到新的GE，將上述 的步驟反復(fù)運(yùn)行直到GE和最大值e穩(wěn)定下來(lái)，GE就是比較合適的值。得到的GE能夠在運(yùn) 行仿真時(shí)使得E的運(yùn)動(dòng)軌跡分布在自身范圍的大部分中，這點(diǎn)可以通過(guò)ruleview觀察到， 見(jiàn)圖7。
【權(quán)利要求】
1. 一種主從軸控制方法，包括主軸數(shù)字PID閉環(huán)控制調(diào)速，從軸模糊PID閉環(huán)控制跟 隨，其中主軸調(diào)速控制直接通過(guò)試湊法得到參數(shù)，其特征在于：所述的從軸模糊PID閉環(huán)控 制跟隨包含主軸信號(hào)延時(shí)滯后的補(bǔ)償?shù)牟襟E、模糊控制器設(shè)計(jì)的步驟、模糊控制器優(yōu)化的 步驟、模糊控制器參數(shù)調(diào)整的步驟。
2. 如權(quán)利要求1所述的主從軸控制方法，其特征在于：所述的主軸信號(hào)延時(shí)滯后的補(bǔ) 償為：將主軸的微分量信號(hào)進(jìn)行中值濾波，并采用分段補(bǔ)償；具體的分段的方法為：將整個(gè) 時(shí)間段分成若干段，從中間段向前的幾段補(bǔ)償系數(shù)逐漸減小，向后的幾段補(bǔ)償系數(shù)逐漸增 大。
3. 如權(quán)利要求1所述的主從軸控制方法，其特征在于：所述的模糊控制器設(shè)計(jì)的步驟 為：先控制器左側(cè)的ro組成了相位超前環(huán)節(jié)，模糊控制器的pi組成了相位滯后環(huán)節(jié)，分別 對(duì)系統(tǒng)的整體、高頻段和低頻段進(jìn)行補(bǔ)償和調(diào)節(jié)。
4. 如權(quán)利要求1所述的主從軸控制方法，其特征在于：所述的模糊控制器優(yōu)化的步驟 為：增加輸出結(jié)果的平滑性；將正偏差小區(qū)域的中心值設(shè)置得比負(fù)偏差小區(qū)域的中心值設(shè) 置得靠近零點(diǎn)，快速地消除超調(diào)。
5. 如權(quán)利要求1、2、3或4所述的主從軸控制方法，其特征在于：所述的模糊控制器參 數(shù)調(diào)整的步驟：得到設(shè)定GE值下的最大e值，以得到的最大e值進(jìn)行模糊控制器參數(shù)的調(diào) 整。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK104155875SQ201410342070
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】張磊 申請(qǐng)人:武漢濱湖電子有限責(zé)任公司