卷?yè)P(yáng)機(jī)采用變量泵、變量馬達(dá)和減速機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒，卷筒帶動(dòng)吊具將梁體提起與放下，卷?yè)P(yáng)機(jī)是否同步升降決定吊具是否能提著梁體平衡的升降。

　　【摘 要】 提梁機(jī)是高鐵建設(shè)中一個(gè)很重要的設(shè)備，卷?yè)P(yáng)的同步控制尤其重要，而卷?yè)P(yáng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是液壓控制，液壓控制存在大滯后、時(shí)變、非線性的特點(diǎn)，環(huán)境因素對(duì)系統(tǒng)的控制影響很大。傳統(tǒng)的PID控制達(dá)不到很好的效果，而模糊PID結(jié)合了PID控制算法和模糊控制算法的優(yōu)點(diǎn)，可以在線實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的調(diào)整，使控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，超調(diào)量減少，振蕩次數(shù)減少，本文主要介紹模糊PID在提梁機(jī)卷?yè)P(yáng)同步中的應(yīng)用，介紹了傳統(tǒng)PID控制的缺點(diǎn)，模糊控制及模糊PID控制的基本原理，以及模糊PID 控制在實(shí)際中的使用優(yōu)點(diǎn)。

　　【關(guān)鍵詞】 工程碩士論文發(fā)表,提梁機(jī),同步,PID,模糊控制,編碼器

　　1 提梁機(jī)卷?yè)P(yáng)同步控制電氣系統(tǒng)介紹

　　提梁機(jī)的兩個(gè)卷?yè)P(yáng)機(jī)上各安裝一個(gè)多圈編碼器，多圈編碼器分別檢測(cè)兩個(gè)卷?yè)P(yáng)的上升或下降的速度，通過(guò)PID算法，調(diào)節(jié)兩個(gè)卷?yè)P(yáng)的馬達(dá)排量，反饋比較兩個(gè)編碼器的速度，最終達(dá)到調(diào)節(jié)卷?yè)P(yáng)同步的目的。

　　2 數(shù)字PID控制算法調(diào)節(jié)提梁機(jī)卷?yè)P(yáng)同步分析

　　以往，提梁機(jī)卷?yè)P(yáng)同步控制是采用常規(guī)PID控制算法，常規(guī)PID系統(tǒng)主要由PID控制器和被控對(duì)象組成。

　　圖3-1 傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)

　　它根據(jù)給定值r(t)和輸出值y(t)構(gòu)成的控制偏差，將偏差按比例、積分和微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量。給定值r(t)是編碼器速度，被控對(duì)象是卷?yè)P(yáng)馬達(dá)，輸出值y(t)是卷?yè)P(yáng)馬達(dá)的控制電流。

　　采用傳統(tǒng)的數(shù)字PID位置型控制算法，位置型控制算式為：

　　(1.1)

　　(1.1)的算法提供了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置u(k)，即控制馬達(dá)的開(kāi)口度，是比例系數(shù)，是積分系數(shù)，是微分系數(shù)，通過(guò)調(diào)整這三個(gè)參數(shù)，進(jìn)而調(diào)整提梁機(jī)卷?yè)P(yáng)同步。這三個(gè)參數(shù)調(diào)整好，即為固定值，并且寫(xiě)在程序的存儲(chǔ)區(qū)中，當(dāng)外界環(huán)境改變時(shí)，例如：梁體左右重量不均勻，小車(chē)行走速度不一致，吊具左右不對(duì)稱(chēng)等，均會(huì)出現(xiàn)卷?yè)P(yáng)升降不同步，導(dǎo)致梁體傾斜。采用傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)時(shí)，只能在工作因素不變的條件下，而實(shí)際操作中，很難做到這一點(diǎn)。

　　3 模糊PID控制算法在提梁機(jī)卷?yè)P(yáng)同步應(yīng)用分析

　　3.1 模糊PID控制原理

　　模糊控制器是以模糊集合理論發(fā)展起來(lái)的，模糊PID控制器是一種在常規(guī)PID調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，應(yīng)用模糊集合理論根據(jù)控制偏差、偏差絕對(duì)值，在線自動(dòng)整定比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)的模糊控制器。模糊邏輯控制器動(dòng)態(tài)抗擾性和PID控制器穩(wěn)態(tài)精度高，取兩者的優(yōu)點(diǎn)就構(gòu)成模糊PID控制器。

　　模糊PID控制原理是：參考輸入量輸入到模擬PID控制器中，模糊輸入接口將參考輸入值的偏差d和偏差變化率dt的精確值通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制，進(jìn)行模糊化，模糊控制器中通過(guò)模糊處理原理、模糊推理及非模糊化處理對(duì)，，三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)化器，輸出量作用到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，反饋到參考輸入，形成閉環(huán)控制。PID參數(shù)自整定的實(shí)現(xiàn)思想是先找出PID的3個(gè)參數(shù)與偏差d和偏差變化率dt之間的模糊關(guān)系。

　　3.2 模糊PID對(duì)提梁機(jī)卷?yè)P(yáng)同步的控制

　　(1)首先，確定參考輸入量為編碼器速度值，d1，d2分別為兩個(gè)時(shí)刻的速度值。

　　(1.2)

　　(1.3)

　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)是卷?yè)P(yáng)馬達(dá)，被控對(duì)象是卷?yè)P(yáng)馬達(dá)電流，傳感器為編碼器，，，為模糊控制器輸出量。

　　(2)量化因子比例因子的確定

　　在本同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，PLC實(shí)時(shí)讀取控制對(duì)象的運(yùn)行參數(shù)，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，確定d，dt的基本論域范圍，通過(guò)確定量化因子，將其映射到模糊論域，并分為{負(fù)大[NB]、負(fù)中[NM]、負(fù)小[NS]、零[ZO]、正小[PS]、正中[PM]、正大[PB]}，七個(gè)語(yǔ)言值，為設(shè)計(jì)方便，取量化因子為1，同樣，對(duì)于模糊系統(tǒng)的集合論域U，可以通過(guò)比例因子轉(zhuǎn)化到控制量的實(shí)際控制范圍，本文采用理論判斷與實(shí)際調(diào)試的具體數(shù)據(jù)相結(jié)合，確定比例因子為1，從而確定出模糊PID控制的論域范圍。

　　(3)模糊PID的清晰化

　　根據(jù)提梁機(jī)卷?yè)P(yáng)的實(shí)際控制情況，采用最大隸屬度法進(jìn)行解模糊判決，由d，dt，，，的模糊子集的隸屬度，根據(jù)各模糊子集的隸屬度賦值表和各參數(shù)的模糊規(guī)則表，運(yùn)用模糊合成原理推出PID參數(shù)調(diào)整矩陣，這是本次算法的核心，將PID參數(shù)矩陣寫(xiě)到程序控制當(dāng)中。

　　，，的參數(shù)調(diào)整計(jì)算公式為

　　(1.4)

　　，，是傳統(tǒng)PID控制算法中的確定參數(shù)，在調(diào)試過(guò)程中，選擇一個(gè)特定的環(huán)境條件，通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)及調(diào)試效果的檢測(cè)，當(dāng)卷?yè)P(yáng)同步時(shí)，將這三個(gè)數(shù)據(jù)記錄到程序當(dāng)中。當(dāng)外界環(huán)境改變時(shí)，通過(guò)微機(jī)系統(tǒng)不斷的檢測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)輸出值，實(shí)時(shí)計(jì)算出d和dt，將d和dt模糊化，通過(guò)查詢模糊調(diào)整矩陣可得到調(diào)整量，，，完成對(duì)控制器參數(shù)的調(diào)整。

　　3.3 模糊PID控制在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)

　　模糊控制具有較強(qiáng)的抗干擾能力，當(dāng)控制過(guò)程中出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，動(dòng)態(tài)特性的變化能達(dá)到較好的控制效果，采用模糊PID調(diào)節(jié)提梁機(jī)卷?yè)P(yáng)后，數(shù)據(jù)調(diào)整實(shí)時(shí)在進(jìn)行，所以不論外部條件如何改變，兩個(gè)卷?yè)P(yáng)機(jī)均能保證同步升降，滿足提梁機(jī)使用的不同工況，提高了工作效率，極大的保證了工作的安全性。

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