基于MATLAB的模糊PID控制的相关研究

基于 MATLAB的模糊 PID控制的相关研究

雷家鑫

安徽理工大学 淮南 202000

摘要：分析采煤机调高控制系统，并对采煤机调高控制系统中的电液比例换向阀建立数学模型。在MATLAB/Simulink中进行建模后分析普通PID和模糊PID对采煤机调高控制系统的影响，比较传统PID和模糊PID的控制效果。结果表明运用模糊PID的仿真曲线响应更稳，更快。

关键词：比例阀；MATLAB；模糊控制；仿真

Research on Fuzzy and PID control based on Matlab

Lei jiaxin

(Anhui University Of Science & Technology HuaiNan 202000)

Abstract： This paper analyzes the height adjustment control system of Shearer, and establishes the mathematical model of electro-hydraulic Proportional Directional Valve in the height adjustment control system of shearer. After modeling in Matlab/simulink, the paper analyzes the influence of ordinary PID and fuzzy-PID on the Shearer Height Adjustment Control System, and compares the control effect of traditional PID and fuzzy-PID. The results show that the simulation curve response using mold and Pid is more stable and faster.

Key words：Proportional Valve,；Matlab；mold and control；simulation

0 前言^*1

随着现代化科学与技术的进步，采煤智能化程度的一次次提高，在滚筒采煤机中，滚筒的滚轮高度精准控制是采煤机的要点。先进的控制理论使得系统能更好的满足动态特性要求，使滚筒能够迅速、精准地跟踪煤岩界面实际的高度变化^[1]。

模糊控制器是近年来发展很快的一种新型控制器，它能系统地将专家的经验输入到计算机中，使计算机在控制时可以像人一样思考并解决问题，从而达到控制被控对象的目的。本文利用Matlab/Simulink仿真软件，分别将传统PID控制与模糊PID控制应用于控制中，并作了仿真进行比较^[2]。

1 调高系统的建模

1.1阀控非对称缸系统模型

采煤机调高系统可简化为电液比例换向阀控制液压缸，比例阀控非对称液压缸的模型如图1^[3]

图1比例阀液压缸的模型

油缸无杆腔流量和缸有杆腔流量方程可分别表示为：

（1）

（2）

式中：y为活塞位移；为油液弹性模量；Q₁和Q₂为两腔流量；A₁和A₂为两腔作用面积；p₁和p₂分别为两腔压力；V₁和V₂为两腔容积。C_ic和C_ec为泄露系数^[4]。

油缸和负载的力平衡方程可表示为：

（3）

式中：F_g为油缸输出力；M为活塞质量；B_p为等效阻尼；K为等效负载刚度；F_L为负载扰动。

根据数据分析，负载扰动F_L和滑阀流量方程可表示为：

（4）

（5）

式中：K_V为流量增益；K_c为压力系数。

将以上公式进行拉氏变换，并整合信号放大和传感器等环节，阀控缸系统的传递函数可表示为： （6）

2 模糊控制器

其中K_e取1.7，K_c取值0.9，K取值1.1，反馈增益为0.75；。总结工程设计人员的技术知识和实际操作经验，建立合适的关于e、ec、ΔK_P、ΔK_D、ΔK_I的模糊规则，如：

1.If (e is NB) and (ec is NB) then (K_P is PB)(K_I is NB)(K_D is PS)

2.If (e is NB) and (ec is NM) then (K_P is PB)(K_I is NB)(K_D is NS)

3.If (e is NB) and (ec is NS) then (K_P is PM)(K_I is NM)(K_D is NB)

......

49.If (e is PB) and (ec is PB) then (K_P is NB)(K_I is PB)(K_D is PB)

3系统仿真

本文采用的传递函数为：

（7）

其中比例增益Kp取值0.04，积分增益取值0.03，微分增益取值1.2。对具体输入的模糊推理及输出情况,输入各种不同的数据

^[5]。结果如图2，红色为PID控制法的输出信号，黑色为模糊控制法的输出信号。

图2：PID控制法与模糊控制法仿真结果波形

4 总结

利用仿真工具，在此次试验中通过改变反馈的增益来调节最终波形达到稳定的值，表明模糊控制法易去掉超调，波形峰值较小，调节时间较短，能获得比PID控制法要小、无超调、调节时间较为短的输出波形。

参考文献：

[1]王振臣,刘建旺,张聪,程菊.基于遗传算法和模糊PID的采煤机滚筒调高系统研究[J].中国矿业,2014,23(01):133-136..

[2]戴冬梅,刘正生.传统PID控制与模糊控制方法的仿真比较研究[J].科技资讯,2008(07):8+11.

[3]赵丽娟,李苗.采煤机自动调高系统的模糊PID控制仿真[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2016,35(10):1075-1080.

[4]张远辉,刘章棋,陈虹均.基于模糊算法采煤机滚筒高度控制性能研究[J].液压与气动,2020(08):82-87.

[5]Zhen-long Zhao,Zhi-jie Wen. Design and Application of a Mining-Induced Stress Testing System[J]. Geotechnical and Geological Engineering,2018,36(3).

作者简介：雷家鑫，男，1995年出生，硕士研究生。主要研究方向为智能控制

E-mail：1159918474@qq.com

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