基于遗传算法的数控机床进给伺服系统模糊PID位置控制研究2009年第6期工业仪表与自动化装置?53?基于遗传算法的数控机床进给伺服系统模糊PID位置控制研究张益顺,杨海,罗正球(怀化职业技术学院,湖南怀化418000)摘要:文章针对电机引入的非线性,参数不确定性及对位置伺服系统快速定位和无超调的要求和模糊PID控制的优点,利用遗传算法优化模糊PID控制系统的模糊控制规则,通过模糊控制规则对PID参数进行实时修改.仿真结果表明,这种位置控制器具有良好的稳态精度和动态响应,与传统比例位置控制的伺服系统相比,具有良好的动态,稳态性能以及较强的鲁棒性.关键词:数控机床;模糊PID控制;遗传算法;进给伺服系统;永磁直线伺服电机:TP273文献标志码:A:1000—0682(2009)06—0053—04ResearchonthefuzzyPIDpositioncontrolsystemoftheservosystemOfNCmachinesbasedongeneticalgorithmZHANGYishun,YANGHai,LUOZhengqiu(HuaihuaVocaitonalandTechnicalCollege,HunanHuaihua418000,China)Abstract:Inviewoftheintroductionofthenon—linearmotor,parametersuncertaintyandrapidpo.sitioningrequi'rementsoftheservosystem,anewmethodofpositioncontrol,thefuzzyPIDpositioncon—trolisusedtooptimizefuzzycontrolrulesoffuzzyPIDcontrolsystem,andmakeuseoffuzzyreasoningon—steadypositionaccuracyanddynamicresponseincomparisonwiththetraditionalPIDmethodoftheservocontrolsystem,andthatthiscontrollerhasgooddynamicandstaticperformanceandrobustness.Keywords:NCmachinetool;fuzzyPIDcontrol;geneticalgorithm;feedservosystem;permanentmagnetlinearservomotor0引言现代高速高精度数控机床在制造和加工中,要求伺服系统能适应快速定位,切削,实现高速高精度的连续加工,进给伺服系统是机床实现高速高精度加工的关键系统.目前伺服系统控制中应用较多的是PID控制方法.但是,由于直线电机系统的非线性使系统参数摄动,负载扰动等不确定因素的影响直接反映到直线电动机系统的静,动态特性中,因此以系统数学模型为基础的传统控制技术难以对其实施有效地控制j.针对上述因素,该文将模糊PID控制应用收稿日期:2009—0l一12作者简介:张益顺(1952),男,湖南麻阳人,怀化职业技术学院机械系副教授,研究方向为机电控制.于直线电机驱动的机床进给系统的位置控制中,并结合遗传算法的优点,构造了具有自整定功能的模糊PID控制器,取得了良好的控制效果.l进给伺服系统的控制模型建立由于实际控制系统都是很复杂的,组成控制系统的各环节都具有非线性,时变性及相互耦合等关系,而且系统还会受到内外干扰因素的影响.因此,在建立系统的数学模型时必须忽略某些次要因素的影响J.针对直线电机伺服系统的各个环节,采用正(P)环节,速度调节器采用比例积分(PI)控制,这样构成直线电机进给系统的位置伺服控制,主要用有一个低通滤波器,其作用是消除调节器输出中由?54?工业仪表与自动化装置2009年第6期于干扰引起的高频杂波信号,以提高速度信号的稳定性.对于电流调节,在直线进给伺服系统的实际运行过程中,由于输入信号是数控装置输出的插补位置指令,每个插补周期输出的位置指令值都很小,电流环的输出电流常常达不到饱和值,为了分析方线电机进给系统的位置控制如图1所示.电机传动系统模型专统位置调节速度调节环节真线伺服电机模型I:.悃IIII一图1直线电机进给系统的传统位置控制传递函数模型其中,K为位置调节的比例参数,和分别为速度调节的比例和时间参数,为一阶滤波时间参数,K为电流反馈系数,为电磁推力系数,M为直线电机动子和转子所带动负载的总质量,为负载阻力,为黏滞摩擦系数.由于直线电机没有任何中间传动环节,容易受到负载扰动或者外界干扰的影响,与此同时,直线电机的端部效应,摩擦等因素也会影响其控制性能],传统的PID控制已经不能满足高速高精的运动要求,为此,该研究提出了基于遗传算法的模糊PID位置控制策略.2模糊PID控制系统设计模糊PID控制系统由PID控制和模糊控制器(FuzzyLogicController,简称FLC)两部分组成,其中模糊控制器的设计和实现是模糊PID控制系统设计和实现的关键所在.从理论上讲,模糊控制器的维太高,模糊控制规则就...