转塔伺服系统设计及PID参数整定方法研究
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摘要
本文是以某转塔伺服系统工程设计为研究背景，介绍了该数字伺服系统的总体设计方案。接着详细介绍了控制系统和反馈测量回路系统的设计及调试过程中出现的问题和解决方法。本文利用实验法，建立了转塔伺服系统的模型，并用MATLB仿真，验证了模型的准确性。在控制算法方面，设计了智能控制算法，同时引入复合前馈控制，仿真结果表明利用此方法能够获得很好的控制效果。实际调试结果证明该伺服系统的设计达到了要求的性能指标。最后，用两种方法就PID参数的整定问题做了进一步的研究。首先，设计了基于LMI参数整定的PID控制器，可用LMI工具得到PID控制器中的三个基本参数；本文还设计了非线性PID控制器，用遗传算法寻优得到PID控制器的所有参数，实现了PID控制参数的自整定。仿真结果证明控制效果良好。
In this thesis, a turntable servo system is studied. The overall design of this system is introduced. The control system based on PC/104 is developed to realize tracking control. The feedback loop using SDC is designed to obtain the position of servo system. After building the model of turntable servo system by the method of experimentation, the intelligent PID control algorithm is designed to satisfy good performance. At the same time, compound control method is added. Experiment results testified that the design of this system is successful. Finally, two methods of PID control parameter self-tuning are studied. One is using LMI to calculate the three parameters of PID controller. The other is designing a non-linear PID controller. All the parameters of PID controller can be obtained by the method of genetic algorithms. The results of simulation show their effectiveness.
In this thesis, a turntable servo system is studied. The overall design of this system is introduced. The control system based on PC/104 is developed to realize tracking control. The feedback loop using SDC is designed to obtain the position of servo system. After building the model of turntable servo system by the method of experimentation, the intelligent PID control algorithm is designed to satisfy good performance. At the same time, compound control method is added. Experiment results testified that the design of this system is successful. Finally, two methods of PID control parameter self-tuning are studied. One is using LMI to calculate the three parameters of PID controller. The other is designing a non-linear PID controller. All the parameters of PID controller can be obtained by the method of genetic algorithms. The results of simulation show their effectiveness.
引文
1 胡寿松．自动控制原理．第4版．北京：科学出版社，2001
2 尔联洁．自动控制系统．北京：机械工业出版社，1994
3 胡佑德，曾乐生，马东升 伺服系统原理与设计．北京：北京理工大学出版社．1993
4 PC/104 Specification version 2.4 2004
5 秦石乔，王省书，黄勇．微机接口技术及应用．长沙：国防科技大学出版社，2000
6 曾乐生，施妙和．随动系统．北京：北京工业学院出版社，1986
7 郭庆鼎，王成元 交流伺服系统．北京：机械工业出版社，1994
8 徐承忠，王执栓，王海燕 数字伺服系统．北京：国防工业出版社，1994
9 冯国楠．现代伺服系统的分析与设计．北京：机械工业出版社，1990
10 刘金琨．先进PID控制及其MATLAB仿真．北京：电子工业出版社，2003
11 薛定宇．控制系统计算机辅助设计．北京：清华大学出版社，1996
12 MAXPLUSⅡ实用教程．南京：南京理工大学，2000
13 陶永华，尹怡欣，葛芦生．新型PID控制系统及其应用．北京：机械工业出版社，1998
14 骆再飞，蒋静坪，许振伟．交流伺服系统及其先进控制策略综述．机床与液压．2002，(6)：7-11
15 Pyoung-Ho Kim, Sa-Hyun Sin, Hyung-Lae Back, Geum-Bae Cho, Dae-GonKim, Dong-hui Kim. Speed Control of AC Servo Motor Using Neural Networks. Proceeding of the 1996 IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems. 1996: 691-695
16 Koki Yamaji, Takeshi Mizuno, Naohiro Ishii. The motor driving control of X-Y-Z table utilizing photoelectric device and optical pattern recognition. IECON'92, 1992,1,(9)
17 李叶松，宋宝，秦忆．全数字交流永磁同步电机伺服系统设计．电力电子技术．2002，36(3)：26-29
18 王伟，张晶涛，柴天佑．PID参数先进方法综述．自动化学报．2000，26(3)：347-355
19 Inhyuk Cha, Changsoo Han. The Auto-tuning PID Controller using the Parameter Estimation. Proceeding of the 1999 IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems. 1999:46-52
20 T.Ravichandran and F.Karray. Knowledge Based Approach for Online Self-tuning of
PID-control. Proceedings of the American Control Conference Arlington, VA. 2001,2846-2851
21 赵雪松．复合控制浅析．舰船电子对抗．2000，3：18-19
22 刘鸿雁，史文浩．交流伺服系统位置控制器的仿真研究．西安理工大学学报．2002，18(3)：274-278
23 蔡自兴，张钟俊．智能控制的理论与实践．中南能源学院学报．1989，20(6)：644-651
24 王耀南，余群明．智能控制技术．电气时空．2002，1：18-19
25 Tung E D. Toth izuka M. High-speed end thilling using a feed-forward control architecture [J]. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 1996, 118:178-187
26 盛安冬，吕太全，殷开宝，郭治．激光导向伺服系统中满意PID调节器的LMI设计．兵工学报．2002，23(4)：485-489
27 Guo Zhi. A survey of satisfying control and estimation. In: Han-fu Chen. Proceeding of the 14th IFAC Congress (Beijing, P.R. China). Beijing: Press of Tsinghua University, 1999,G: 443-447
28 S.PLOIX, F.KRATZ, J.RAGOT. Application of LMI concept to parameters adjustment of a PID controller. Proceedings of the 38th Conference on Decision & Control Phoenix, Arizona USA. 1999: 2359-2360
29 王远纲．满意控制及其期望指标的相容性理论．[学位论文]：南京理工大学博士论文．
30 周明，孙树栋．遗传算法的原理及应用．北京：国防工业出版社，1999
31 李敏强，寇纪松，林丹．遗传算法的基本理论与应用．北京：科学出版社，2002
32 杨俊莲．一类非线性PID控制器的设计方法，基础自动化．2001，8(2)：54-56
33 韩京清．利用非线性特性改进PID控制律．信息与控制．1995，24(6)：356-365
34 韩京清．非线性PID控制器．自动化学报．1994，20(4)：487-491
35 高元楼，谢克明，林廷圻，陈玉成．一种新型的非线性PID控制器及其应用．太原理工大学学报．1999，30(3)：241-245
36 曹正才．一种新型高精度舰载雷达伺服系统的设计．雷达与对抗．2001(3)：54-62
37 樊卫华．高性能交流数字伺服系统精度的应用研究与工程实现：[学位论文]，南京：南京理工大学硕士论文，2001
38 俞立．鲁棒控制——线性矩阵不等式处理方法．北京：清华大学出版社，2002
39 Mahmoud Chilali,Pascal Gahinet, and Pierre Apkarian, Robust Pole Placemet in LMI Regions. IEEE Transctions On AUTOMATIC CONTROL, VOL, 44, NO.12, 1999, 2257-2269
2 尔联洁．自动控制系统．北京：机械工业出版社，1994
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38 俞立．鲁棒控制——线性矩阵不等式处理方法．北京：清华大学出版社，2002
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