摘 要：在數(shù)控伺服系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或者受到外界干擾時(shí)，采用PID控制容易導(dǎo)致過(guò)大的超調(diào)甚至引起震蕩，從而使系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能變差。本文提出一種模糊PID控制器，它結(jié)合了PID控制和模糊控制的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的自適應(yīng)和抗干擾能力。以本研究所研制的數(shù)控高速銑齒機(jī)Z軸位置伺服系統(tǒng)為研究對(duì)象，在Matlab中分別采用PID和模糊PID控制進(jìn)行仿真。結(jié)果表明，模糊PID控制器具有較強(qiáng)的魯棒性和抗干擾能力，更能滿足數(shù)控伺服系統(tǒng)的性能要求。

關(guān)鍵字：模糊PID控制器;交流伺服系統(tǒng);位置控制;MATLAB仿真

Abstract: Variation of the system parameters and external disturbances always happen in the CNC servo system. With a PID controller, it may lead to large overshoot even oscillation, then the steady state and dynamic state performance will be worse. In this paper, a fuzzy-PID controller was proposed,and it incorporated the advantages of PID control and fuzzy control，which had good performance of adaptation and disturbance rejection. Based on the z-axis position servo system of a high-speed milling machine researched on our institute, simulations were carried out in Matlab with PID controller and fuzzy-PID controller. The results show that the system has stronger robustness and disturbance rejection with the latter, which can meet the performance requirements of the CNC servo system better.

Keywords: Fuzzy-PID controller; AC-servo system; Position control; MATLAB simulation

1 前言

　　數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是連接數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床主體的關(guān)鍵部分,其性能直接關(guān)系到數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度及跟蹤精度。在數(shù)控機(jī)床的交流伺服系統(tǒng)中，在交流電機(jī)參數(shù)時(shí)變、非線性以及負(fù)載擾動(dòng)影響下，仍能保持良好的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)跟蹤精度，是伺服系統(tǒng)研究面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。

　　傳統(tǒng)的線性PID控制在交流伺服系統(tǒng)中應(yīng)用較廣，但是由于參數(shù)適應(yīng)性差，抗干擾能力弱等不足，難以滿足數(shù)控伺服系統(tǒng)的要求。而模糊控制是一種智能控制方法，模擬人的邏輯思維推理規(guī)則，不依賴于對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型。而且對(duì)被控對(duì)象參數(shù)的變化不敏感，具有較強(qiáng)的魯棒性，可以很好地用于克服交流伺服系統(tǒng)中非線性、時(shí)變、藕合等因素的影響。本文針對(duì)模糊控制穩(wěn)態(tài)精度不高的缺點(diǎn)，將PID控制與模糊控制相結(jié)合，提出一種模糊PID控制器。它既具有模糊控制靈活性和抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，又具有PID控制穩(wěn)態(tài)精度高的特點(diǎn)。

2 伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　數(shù)控交流伺服系統(tǒng)通常采用具有位置、速度、電流反饋的三閉環(huán)結(jié)構(gòu)，這樣的三環(huán)結(jié)構(gòu)可以使系統(tǒng)獲得較好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。

　　其中電流環(huán)、速度環(huán)為內(nèi)環(huán)，位置環(huán)位外環(huán)。位置環(huán)的作用是保證系統(tǒng)靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)跟蹤性能，使整個(gè)伺服系統(tǒng)能穩(wěn)定、高效運(yùn)行。因此位置環(huán)是整個(gè)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文采用模糊PID控制器作為位置調(diào)節(jié)器（電流環(huán)和速度環(huán)均采用PI調(diào)節(jié)器），以滿足數(shù)控伺服系統(tǒng)中對(duì)位置控制快速，無(wú)超調(diào)的響應(yīng)要求。


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