参数自适应控制方法在刻绘机中的应用

摘要：针对传统PID控制方法很难保证在刻绘材质发生变化时以稳定速度运转的问题，根据刻绘机的控制特性提出PID参数自适应控制方法. 该方法增加PID参数自调整功能，对刻绘机所处的不同状态实现PID参数的在线自适应控制. 该方法比传统PID控制方法具有更好的控制效果和更强的鲁棒性. 构建仿真数学模型并用Matlab仿真，结果表明该方法能使刻绘机的电机在受到不同阻力的条件下稳定工作.

关键词：PID参数自适应控制；刻绘机；鲁棒性；Matlab

中图分类号：TP273.24 文献标志码：A

Application of parameter-adaptive control method on carving machine

LEI Jiasheng，WANG Jianying，SUN Yi

(School of Info Sci. & Tech.，Univ. of Sci. & Tech. of China，Hefei 230027，China)

Abstract：With the problem that the traditional PID control methods are very difficult to ensure a stable speed of carving machine when the material varies，the parameter-adaptive PID control method is proposed according to the control characteristics of carving machine. In the method，the PID parameters can be self-adjusted and the online parameter-adaptive PID control in different system status is implemented. The method has better control effect and stronger robustness than the traditional PID control methods. The mathematical model is built and is simulated by Matlab. And the simulation result indicates that the motor of carving machine can stably work under different resistance by using the method.

Key words：parameter-adaptive PID control；carving machine；robustness；Matlab

0 引言

在现代运动控制系统中，由于被控对象的时变性、非线性和不确定性，传统PID控制方法难以取得很好的效果，将先进控制策略和传统PID控制方法相结合是解决上述问题的有效途径之一.近年来出现一些新算法，如模糊控制、神经网络控制、自适应控制等.模糊控制器不要求确定受控对象的精确数学模型，而是根据控制规则组织控制决策表，由控制决策表决定控制量大小.神经网络控制以其学习的特性和高度并行结构所带来的容错性强及可以逼近任一非线性函数的特点，在控制领域应用较多.[1]自适应控制也是1种高性能控制技术，能保证在对象参数发生变化时仍保持系统稳定.前2种策略算法较复杂，本文采用参数自适应的PID控制技术，实现不同刻绘材质下刻绘机仍能保持较好的稳定性.

1 刻绘机自适应PID控制器系统结构

1.1 刻绘机控制特性刻绘机结构见图1.

刻绘机工作过程是由处理器给出控制信号，通过驱动电路控制x和y轴电机的转动，牵引小车上的刻刀实现刻绘.由图1可知，电机的控制过程是1个含反馈的闭环过程：当小车仅调整自身位置时，电机处于空载，电机的控制参数保持固定值；当刻绘不同材质时，刻刀阻力发生的变化反馈到电机时，破坏电机的稳定性.为保证电机稳定工作，需要对其控制参数进行自动调整.采用自适应PID参数控制，可以在外界工作环境发生变化时，及时调整电机的PID控制参数.1.2 运动控制器系统结构自适应PID运动控制器结构[2]见图2.

2 自适应PID控制器实现

3.3 仿真结果分析通过上述仿真实验可见，自适应调节器能够较好弥补传统PID控制器因环境改变带来的影响.在实际应用系统中，通过实验找到最大Tc，即Tcmax，在0～Tcmax之间间隔取值时，即电机阻力从0到最大变化时，得到1组对应的ΔKP，ΔTI，ΔTD，通过查表或计算Tc与ΔKP，ΔTI，ΔTD函数关系即可得到当前的调整参数值.

4 结束语

仿真和实验证明，利用文中的PID参数自适应控制方法，能够实现刻绘机电机在受到不同阻力条件下的稳定工作.

参考文献：

[1]胡寿松. 自动控制原理[M]. 北京：科学出版社，2001.

[2]钟秋海. 现代控制理论[M]. 北京：高等教育出版社，2004.

[3]苏玉鑫，段宝岩. 一种新型非线性PID控制器[J]. 控制与决策，2003，18(1)：126-128.

[4]毛佳，苑森淼. 一种基于DSP的嵌入式伺服控制系统设计[J]. 仪器仪表学报，2003，24(S)：392-393.

(编辑廖粤新)

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