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摘 要：该文以高空作业车电液比例调平系统为研究对象,基于ADAMS建立系统机械模型,分别采用常规PID和模糊PID控制,通过ADAMS和MATLAB联合实现高空作业车调平系统的仿真,对系统在不同臂架变幅速度下的响应作了详细分析,验证出模糊PID在高空作业车中有更好的控制特性.
关键词：模糊PID 高空作业车 电液比例调平系统
中图分类号:TP39 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2013)09（b）-0244-02
高空作业车是工程中常见的大型机械设备,工作台调平技术是它的一项关键技术指标.由于电液比例调平系统动态响应快,调平性能好,且控制精度比较高,广泛应用于大高度高空作业车.
常规PID控制的三个参数整定完毕后就不再变化,控制精度高,但只能固定用于一种工况.模糊控制是一种反应人类智慧思维的智能控制方法,它无需知道被控对象数学模型,采用了定性的、不精确的控制规则.若将模糊控制和常规PID控制结合起来,可以汲取两者优点,即控制精度高,控制灵活且适应性强.
1.调平系统组成及原理
电液比例调平系统组成如(图1)所示,主要包括控制器6、倾角传感器5、电液比例换向阀4、调平油缸3等几部分.当作业车臂杆幅度变化时,倾角传感器检测出工作台与水平面的夹角并输出相应电信号给控制器,经控制器比较、放大、方向判断后,信号由电路输入给电液比例换向阀,促使阀芯移动,输出的压力油使调平油缸活塞杆伸长或缩短,从而控制工作平台产生与原倾斜方向相反的转动.
2.模糊PID控制器设计
模糊PID控制系统原理图如(图2)所示.
(1)确定输入变量和输出变量
模糊PID控制器设计为两输入三输出结构,工作平台的角度偏差e和偏差变化率ec为两个输入变量,控制参数△Kp、△Ki、△Kd为三个输出变量.
自动控制系统:车身稳定控制系统 ESP(ESC)
(2)模糊化
定义输入和输出变量的模糊子集为： {NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}.
设置输入量论域：
e等于{-0.5,-0.3,-0.l,0,0.l,0.3,0.5}；ec等于{-20,-12,-4,0,4,12,20}.
设置输出量论域：
△Kp等于{-50,-40,-30,-20,-l0,0,l0,20,30,40,50}；
△Ki等于{-5,-4,-3,-2,-l,0,l,2,3,4,5}；
△Kd等于{-5,-4,-3,-2,-l,0,l,2,3,4,5}.
输入量和输出量分别采用高斯型隶属函数曲线和双高斯型曲线来描述.
(3)模糊控制规则描述
依据高空作业车电液比例调平系统的控制经验以及模糊PID控制器参数的整定原则,经过多次仿真修正,得△Kp、△Ki、△Kd的模糊规则表如(表1)所示.
(4)参数修正
PID参数修正公式：
；,
式中,,——初始PID参数；
,,——三个输出参数,可根据被控对象的状态自动整定.
3.调平系统机电液联合仿真
3.1 调平系统机械模型建立
在ADAMS中建立高空作业车的调平系统虚拟模型如(图3)所示；液压模型建立主要包括工作介质、油箱、动力元件、控制元件、液压缸的建立以及管路连接几个部分.
3.2 ADAMS与MATLAB联合仿真及结果分析
将之前在ADAMS中建立的虚拟模型导入MATLAB,在Simulink中建立控制方案如(图4)所示.分别在两个控制器中设置相同初始值,,,仿真步长设为变步长,选用ode45求解器,其他选用默认设置.一号臂、二号臂和飞臂的变幅速度分别设置1.2°/s、0.6°/s、6°/s.
3.3 联合仿真控制系统框图
(1)工作台角度变化分析
不同臂架变幅时,采用常规PID控制和模糊PID控制的工作平台角度变化分别如(图5、6)所示.
(2)调平油缸位移分析
不同臂架变幅时,两种不同控制下油缸位移变化曲线分别如(图7、8)所示.
4.结语
该文通过对高空作业车电液比例调平系统进行仿真分析,验证了模糊PID在高空作业车电液比例调平系统中具有更好的控制效果,为设计研究问题提供了手段和方法.
参考文献
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自动控制系统引用文献:
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