基于CAN總線的模糊PID張力控制系統

2.2 模糊PID控制器的實現

2.2.1 隸屬函數及模糊PID控制論域值的確定

根據被控對象的不同，我們確定隸屬函數也不同，通常選擇隸屬函數的原則是根據被控對象的靈敏度來確定的，窄型隸屬函數反應模糊集合具有高分辨率的特性，例如三角型。寬型隸屬函數反應模糊集合具有低分辨率的特性，例如梯形。對于張力要求高精度的測量我們選擇三角形隸屬函數。輸入論域值的選取E、EC=[一3、
一2、一l、0、1、2、3]，輸出論域值的選取KP、KI、KD=[0、0．5、l、1．5、2、2．5、3]，語言描述分別為E、EC、為(NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB)七個語言變量。KP、KI、KD的語言描述為(ZO、PS、PM、PB)四個語言變量。隸屬函數分別如圖3、圖4所示。

2.2.2 輸入值的模糊化及模糊規則的確定

輸入值得模糊化及反模糊化是通過實際被控量的值與選擇論域值之間的量化因子及比例因子來確定的。根據不同張力傳感器的型號來確定A／D輸出值的大小。通用張力傳感器模擬量值為O-20mv，最大額定荷重2000KG。根據不同經線強度的要求選擇張力值，例如經設定值為1000KG，對應的控制器的單極性數字量最大值為32000，則經過A／D轉化后得到的數字量為16000。假設該送經張力的精度要求為20KG，則對應的數字量的實際范圍為【一160，160】。則Ke=3／160=0．01875。模糊規則的確定是根據操作者得實踐經驗得到的，有時也稱之為專家控制。模糊PID控制規則如圖5所示。

圖5 模糊PID控制規則表

3 模糊PID控制器在simulink中的仿真

在simulink中建立模糊PID張力控制系統仿真結構，如圖6所示。并通過matlab自帶的模糊FIS編輯單元與所建立的隸屬函數、規則表進行設置。然后保存為fuzzy_pid．fis文件。Ke=0．01875，Kec=0．0l，控制對象選擇某工業常用系統函數，在maflab中運行readfis(‘fuzzy_pid’)命令。設置采樣時間為0．0Is，步長為10s，輸入信號為單位階躍信號，輸出響應函數如圖7所示，在系統運行到6s時加入階躍為0．2的信號，其在經過0．3s后恢復到穩態值。當設定值8000時，系統響應曲線如圖8所示。

圖6 模糊PID張力控制系統仿真結構圖

4 結論

該系統設計將CAN總線技術與模糊PID技術相結合，很好的解決了系統由于受外界干擾起的張力超調、系統震蕩、不穩定等因素。通過simulink在線仿真實驗，證明了該模糊PID張力控制系統具有很好的穩定性、魯棒性及可靠性等特點。在實際應用過程中，根據所建立的隸屬函數與規則，在matlab中通過fuzzy函數建立模糊查詢表。通過SH7047高速單片機實現對該系統輸出量進行查詢。從而實時在線調整PID中KP KI KD各個參數值，達到模糊PID的自適應控制。