CN107807516A - 一种基于模糊自适应pid控制的模拟转台控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于模糊自适应PID控制的模拟转台控制系统，包括测控单元、执行单元及反馈单元，测控单元经执行单元连接模拟转台，测控单元包括DSP运动控制卡，DSP运动控制卡经执行单元与模拟转台相连，模拟转台经反馈单元与控制器相连，反馈单元包括速度反馈装置和位置反馈装置，速度反馈装置包括速度环及速度环控制器，速度环控制器采用PI控制器，位置反馈装置包括位置环及位置环控制器，位置环控制器采用模糊自适应PID控制器，模糊自适应PID控制器包括PID控制器及模糊控制器。本发明结构简单，通过测控单元、执行单元和反馈单元来对模拟转台的运行进行控制，能够提高模拟转台运行的平稳性，保证模拟转台稳定地运行。
Description
技术领域
本发明涉及转台控制领域，尤其涉及一种基于模糊自适应PID控制的模拟转台控制系统。
背景技术
转台广泛应用于航空、航天、兵器、航海、机器人等领域，有各种不同的类型和用途，模拟转台系统是导引头装前测试系统的重要组成部分，模拟转台与可见光目标模拟器一起构成可见光目标模拟检测系统，用以完成某型电视末制导导引头的装前测试。可见光目标模拟器模拟产生电视导引头在测试和试验过程中所需的各种目标图像，模拟转台的俯仰和方位运动可带动目标模拟器形成满足导引头要求的图像视场及目标运动特性，作为导引头测试的模拟目标。可见，模拟转台控制系统性能的优劣对能否成功地完成导引头的性能测试和检验有重要的影响。
近年来，针对模拟转台系统的控制问题，各种新的方法不断涌现，现有的传统控制系统知识比较粗劣的控制方法，不仅成本昂贵，而且控制精度差，控制效果不理想，难以得到满意的控制效果，从而影响转台的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于模糊自适应PID控制的模拟转台控制系统，不仅结构简单，成本低廉，而且控制精度高，能够保证转台运动的稳定性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于模糊自适应PID控制的模拟转台控制系统，包括测控单元、执行单元及反馈单元，测控单元经执行单元连接模拟转台，所述测控单元包括DSP运动控制卡，DSP运动控制卡与执行单元相连，所述执行单元包括依次相连的模数转换器、驱动器、伺服电机和减速器，减速器与模拟转台相连，所述模拟转台经反馈单元与控制器相连，所述反馈单元包括速度反馈装置和位置反馈装置，速度反馈装置包括速度环及速度环控制器，速度环控制器采用PI控制器，所述位置反馈装置包括位置环及位置环控制器，位置环控制器采用模糊自适应PID控制器，所述模糊自适应PID控制器包括PID控制器及模糊控制器，所述PID控制器的输入端与位置环的输出端相连，PID控制器的输出端与执行单元相连，所述位置环的输出端还连接有模糊控制器，模糊控制器的输出端与PID控制器的输入端相连。
优选地，所述速度环采用角度编码器，角度编码器设置于伺服电机的转轴上，角度编码器的输出端与速度环控制器相连，速度环控制器的输出端与执行单元的输入端相连；所述位置环采用光电编码器，光电编码器设置于模拟转台的轴上，光电编码器的输出端与位置环控制器相连，所述位置环控制器的输入端与DSP运动控制卡的输出端相连，位置环控制器的输出端与速度环控制器的输入端相连。
优选地，所述位置环控制器的工作过程如下：
（1）根据经验设定PID控制器的比例系数、积分系数、微分系数及采样周期T，其中，下标p、下标i及下标d均为区分作用，并非变量；
（2）将光电编码器采集到的转台的实际位置值与DSP运动控制卡给定的转台的预定位置值输入PID控制器，由控制器计算系统误差 =，其中，k=1，2，……，k；
（3）利用步骤（2）计算出的系统误差计算系统误差变化率；
（4）将步骤（2）得到的系统误差及步骤（3）得到的系统误差变化率分别输入模糊控制器进行模糊化；
（5）分别按照下式对、及进行模糊整定，
其中，x分别表示p、i及d，表示模糊控制器的输出，为临界震荡法得到的、及的初值；
（6）计算当前的、及，利用下式计算PID控制器的输出：
。
优选地，所述伺服电机采用单边交流伺服电机，减速器采用行星齿轮减速器。
本发明结构简单，通过测控单元、执行单元和反馈单元来对模拟转台的运行进行控制，能够提高模拟转台运行的平稳性，保证模拟转台稳定地运行；反馈单元采用内回路速度反馈装置和外回路位置反馈装置组成的双闭环装置，双闭环装置能够实现高精度的位置控制，且这种闭环控制均由驱动器来完成，无需增加上位控制器的负担，提高了模拟转台运行的平稳性；速度反馈装置能够改善系统的动态特性，减少过渡过程的震荡，改善系统阻尼，补偿非线性，改善电机特性，增加调速范围，提高系统的刚度，抑制干扰；位置反馈装置能够改善系统的频率响应特性，达到要求的动、静态性能，为系统的高精度控制提供保障。此外，位置环控制器采用模糊自适应PID控制器，模糊自适应PID控制器不仅保持了常规PID控制系统的原理简单、使用方便、鲁棒性较强等特点，而且具有更大的灵活性、适应性、精确性等特性，保证了加入控制装置的系统的性能指标能够满足运行要求。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明所述的一种基于模糊是适应PID控制的模拟转台控制系统，包括测控单元、执行单元及反馈单元，测控单元经执行单元连接模拟转台，测控单元包括DSP运动控制卡，DSP运动控制卡与执行单元相连，执行单元包括依次相连的模数转换器、伺服电机和减速器，减速器与被模拟转台相连，被模拟转台经反馈单元与控制器相连。
反馈单元采用内回路速度反馈装置和外回路位置反馈装置组成的双闭环装置，速度反馈装置包括速度环及速度环控制器，环采用角度编码器，角度编码器设置于伺服电机的转轴上，角度编码器的输出端与速度环控制器相连，速度环控制器的输出端与执行单元的输入端相连，速度环控制器采用PI控制器；位置反馈装置包括位置环及位置环控制器，位置环采用光电编码器，光电编码器设置于转台的轴上，光电编码器的输出端与位置环控制器相连，位置环控制器的输入端与DSP运动控制卡的输出端相连，位置环控制器的输出端与速度环控制器的输入端相连。双闭环装置能够实现高精度的位置控制，且这种闭环控制均由驱动器来完成，无需增加上位控制器的负担，提高了模拟转台运行的平稳性；速度反馈装置能够改善系统的动态特性，减少过渡过程的震荡，改善系统阻尼，补偿非线性，改善电机特性，增加调速范围，提高系统的刚度，抑制干扰；位置反馈装置能够改善系统的频率响应特性，达到要求的动、静态性能，为系统的高精度控制提供保障。
位置环控制器采用模糊自适应PID控制器，模糊自适应PID控制器不仅保持了常规PID控制系统的原理简单、使用方便、鲁棒性较强等特点，而且具有更大的灵活性、适应性、精确性等特性，保证了加入控制装置的系统的性能指标能够满足运行要求，模糊自适应PID控制器包括PID控制器及模糊控制器，PID控制器的输入端与位置环的输出端相连，PID控制器的输出端与执行单元相连，位置环的输出端还连接有模糊控制器，模糊控制器的输出端与PID控制器的输入端相连。
位置环控制器的工作过程如下：
（1）根据经验设定PID控制器的比例系数、积分系数、微分系数及采样周期T，其中，下标p、下标i及下标d均为区分作用，并非变量；
（2）将光电编码器采集到的转台的实际位置值与DSP运动控制卡给定的转台的预定位置值输入PID控制器，由控制器计算系统误差 =，其中，k=1，2，……，k；
（3）利用步骤（2）计算出的系统误差计算系统误差变化率；
（4）将步骤（2）得到的系统误差及步骤（3）得到的系统误差变化率分别输入模糊控制器进行模糊化；
（5）分别按照下式对、及进行模糊整定，
其中，x分别表示p、i及d，表示模糊控制器的输出，为临界震荡法得到的、及的初值；
（6）计算当前的、及，利用下式计算PID控制器的输出：
。
在本实施例中，伺服电机采用单边交流伺服电机，减速器采用行星齿轮减速器。
本发明在工作时，由DSP运动控制卡输出控制信号，经执行单元控制模拟转台运动，角度编码器和光电编码器采集模拟转台的速度信息和位置信息，并分别输入速度环控制器和位置环控制器，由速度环控制器和位置环控制器产生调整信号调整伺服电机的动作，从而对模拟转台进行控制。
本发明结构简单，通过测控单元、执行单元和反馈单元来对模拟转台的运行进行控制，能够提高模拟转台运行的平稳性，模糊自适应PID控制器不仅保持了常规PID控制系统的原理简单、使用方便、鲁棒性较强等特点，而且具有更大的灵活性、适应性、精确性等特性，保证了加入控制装置的系统的性能指标能够满足运行要求。
Claims (4)
1.一种基于模糊自适应PID控制的模拟转台控制系统，其特征在于：包括测控单元、执行单元及反馈单元，测控单元经执行单元连接模拟转台，所述测控单元包括DSP运动控制卡，DSP运动控制卡与执行单元相连，所述执行单元包括依次相连的模数转换器、驱动器、伺服电机和减速器，减速器与模拟转台相连，所述模拟转台经反馈单元与控制器相连，所述反馈单元包括速度反馈装置和位置反馈装置，速度反馈装置包括速度环及速度环控制器，速度环控制器采用PI控制器，所述位置反馈装置包括位置环及位置环控制器，位置环控制器采用模糊自适应PID控制器，所述模糊自适应PID控制器包括PID控制器及模糊控制器，所述PID控制器的输入端与位置环的输出端相连，PID控制器的输出端与执行单元相连，所述位置环的输出端还连接有模糊控制器，模糊控制器的输出端与PID控制器的输入端相连。
2.如权利要求1所述的一种基于模糊自适应PID控制的模拟转台控制系统，其特征在于：所述速度环采用角度编码器，角度编码器设置于伺服电机的转轴上，角度编码器的输出端与速度环控制器相连，速度环控制器的输出端与执行单元的输入端相连；所述位置环采用光电编码器，光电编码器设置于模拟转台的轴上，光电编码器的输出端与位置环控制器相连，所述位置环控制器的输入端与DSP运动控制卡的输出端相连，位置环控制器的输出端与速度环控制器的输入端相连。
3.如权利要求2所述的一种基于模糊自适应PID控制的模拟转台控制系统，其特征在于，所述位置环控制器的工作过程如下：
（1）根据经验设定PID控制器的比例系数、积分系数、微分系数及采样周期T，其中，下标p、下标i及下标d均为区分作用，并非变量；
（2）将光电编码器采集到的转台的实际位置值与DSP运动控制卡给定的转台的预定位置值输入PID控制器，由控制器计算系统误差 =，其中，k=1，2，……，k；
（3）利用步骤（2）计算出的系统误差计算系统误差变化率；
（4）将步骤（2）得到的系统误差及步骤（3）得到的系统误差变化率分别输入模糊控制器进行模糊化；
（5）分别按照下式对、及进行模糊整定，
其中，x分别表示p、i及d，表示模糊控制器的输出，为临界震荡法得到的、及的初值；
（6）计算当前的、及，利用下式计算PID控制器的输出：
。
4.如权利要求3所述的一种基于模糊自适应PID控制的模拟转台控制系统，其特征在于：所述伺服电机采用单边交流伺服电机，减速器采用行星齿轮减速器。
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