［摘 要］针对一大变负载、大功率交流位置伺服系统，应用模糊控制和PID相结合的方法设计了模糊PID控制器，实验表明该控制器具有较好的鲁棒性，系统有较好的动、静态控制精度。
［关键词］Fuzzy；PID；伺服系统
1 引言
对于火箭武器，由于其装弹量的不同，其负载情况相差很大，以某火箭炮为例，当不带弹时，回转机重3 780 kg，当全带弹时重8 872 kg，起落部分不带弹时重3 100kg，全带弹时重7 000 kg，无论是回转还是起落部分在不同带弹条件下，其负载阻力矩及转动惯量相差很大。因此系统的模型势必有较大的变化，加之将位置传感器(受信仪)装在耳轴与回转轴时，其位置环包含机械传动系统的空回及弹性变性等非线性因素，所以采用常规的PID控制器将无法保证系统的动、静态品质。文中采用一种新的Fuzzy自整定控制方案，该方案是由PID控制器和Fuzzy自整定机构组成，Fuzzy自整定机构根据系统误差大小、方向及变化趋势等特征，通过Fuzzy推理，在线整定PID控制参数。
2 Fuzzy自调整PID控制器设计
增量式数字PID控制算式为
式中Kp、Ki、Kd为比例、积分、微分系数，Ki=
T为采样周期，对于3个系数的整定，无论是公式Refined ZN还是传统的Ziegler??Nichols规则，一旦计算好以后在整个控制过程中固定不变，那么对于上述火箭炮位置伺服系统这种时变系统，则无法满足系统控制要求，根据文献［1］，通过一个对模糊控制规则中修正因子α的合理调整来达到改善模糊控制器的性能。基于模糊自整定PID控制的大功率随动系统结构框图如图2―1所示。??
在动态响应过程中，根据e和de的特征信息由模糊推理产生一个相应的合理的α变化并作用于Kp、Ti、Td［2］，即
其中γ、β分别为比例增益和积分时间的调整系数，其值是根据不同系统由经验给出。Kpo、Tio、Tdo为PID控制器的初始整定值，在此作用下的PID参数根据偏差e和偏差变化率de进行动态调整以满足动态性能。
α(t)的在线调整则由一个Fuzzy推理生成，根据当前
与
，被控对象的特点和实际经验推理产生出一个模糊变量
其反映α在动态过程中应具备的变化趋势的模糊决策，经非模糊化处理后得到的h(t)，并由它在线调整α，即：
3 试验研究
为验证所设计控制器的有效性，笔者针对一大功率交流伺服系统进行了台架实验。系统组成如图3―1所示，其中i=1049，等效阻力矩最大为14 000 N?m，负载最大等效转动惯量为9 000 kg?m2，负载最大速度18.0/s，最大的加速度30.0/s2，实验时通过给电机轴端加不同的阻力矩及不同模拟转动惯量，分别进行阶跃、等速和等效正弦实验，通过大量实验表明，系统阶跃误差＜0.5 mrad，等速误差＜1 mrad，等效正弦误差＜3 mrad。
图3―2、图3―3、图3―4为系统等效阻力矩为14 000 N?m，等效转动惯量约为9 000kg?m2时的1 000 mrad阶跃、等速(18.0/s)、等效正弦［等效正弦信号为180 sin(2π t/3.75)mrad］时的误差曲线。
4 结论
文中所设计的模糊自整定PID控制器，采用Fuzzy推理方法作为常规PID控制的自调整机构，对PID控制器参数进行了非线性处理，从试验结果可看出，该系统不但具有较高的控制精度，同时有较强的鲁棒性。
［参考文献］
［1］李卓，萧德云，何世忠.基于模糊推理的自调整PID控制器［J］.控制理论与应用，1997：238.242
［2］Lizhuo,Heshizhong,Tan shaohuo.A refined on.line rule/parameteradaptive fuzzy controller［J］.Proc.of 3th IEEE Interational Conf.on Fuzzy Systems,1994：1472.1477.
