做座快速锻造液压机组的模糊控制策略研究

快速锻造液压机组的模糊控制策略研究

0 前言 旧式锻造液压机主要采用手动控制，不仅锻打次数低，而且锻打工件的尺寸精度也难以保证。现代锻造液压机由于普遍采用了计算机控制，因此锻打性能有了明显改善。由于锻造液压机具有非线性和时变性，数学模型极为复杂，故一般采用模糊控制。 本文以大冶特殊钢股份有限公司的8 MN快速锻造液压机组(以下简称快锻机组)为例，对两种模糊控制策略进行了分析比较。1 常规模糊控制器 作者所在的教研室采用常规模糊控制方法对快锻机组进行了改造［1］。常规模糊控制器的结构框图见图1。图中e、c和u分别为误差、误差变化和控制量。Ke和kc为量化因子，ku为比例因子。E、C和U分别为误差、误差变化和控制量的模糊语言变量。

e、c和u的基本论域分别为：［-xe,xe］、［-xc,xc］和［-yu,yu］。 图1 常规模糊控制器结构框图 对E、C和U分别规定为以下模糊子集：E=｛NL,NM,NS,NO,PO,PS,PM,PL｝；C=｛NL，NM，NS，ZE，PS，PO，PS，PM，PL｝；C=｛NL,NM,NS,ZE,PS,PM,PL｝。NL，NM，NS，NO，ZE，PO，PS，PM和PL分别表示负大、负中、负小、负零、零、正零、正小、正中和正大。它们的论域分别为：E=｛-n,-n+1，…，0，…，n-1，n｝；C=｛-p,-p+1,…，0，…，p-1,p｝；U=［-l,-l+1,…，0，…，l-1,l］。各模糊子集的隶属函数均采用正态分布型函数。通过总结专家和现场操作经验制定出的模糊控制规则见表1，经模糊推理合成并反复调试、修改得到的模糊控制查询表见表2。表1 模糊控制规则表(U) NLNMNSNOPOPSPM但是PLNLZEZEPLPMPLPLNMNLNMZEZEPMPSPMPMNMNLNSPMPSPSPSPSPSNMNLZEPLPMPSZEZENSNSNMPSPLPMNSNSNSNSNSNMPMPLPMNMNMNMNSZEZEPLPLPMNLNLNLNLZEZE 注：第一行为E的语言值，左起第一列为C的语言值。下表同 。表2 模糊控制查询表（U） - 由表2不难看出，常规模糊控制的规则可用一个解析表达式近似概括为：U=-(E-C)/2 式中E、C及U均为经过量化的模糊变量，其相应的论域分别为误差、误差变化及控制量。2 量化因子对控制系统性能的影响 取ke=n/x在发表的2篇文章中e,kc=p/xc。若误差量化因子ke增大，缩小了误差的基本论域，则增大了误差的控制使用，使系统的调节死区变小，上升时间变短，但使超调增大，过渡过程也变长，严重时将产生振荡；误差变化量化因子kc变大，即缩小了误差变化的基本论域，则系统的上升时间变长，超调量减小，系统反应迟钝；反之，上升速率变大，系统反应灵敏，但过小将引起较大的超调，调节时间变长，严重时使系统振荡而不能稳定运行。3 比例因子对控制系统性能的影响 取ku=yu/l。比例因子ku只起比例作用，它把根据E和C的值查模糊控制查气凝胶的隔热包括3种热量传递机理询表而得出的控制量U转化为一个精确量u的作用。但和一般控制系统的比例增益不同，它一般不影响系统的稳态误差。Ku越大，系统上升越快。但过大将使超调量增大，甚至引起控制系统振荡而不能稳定运行。4 自调整因子三维模糊控制器 常规模糊控制器具有设计简单、编写控制程序方便的优点，但由于这种控制器采用固定的量化因子和比例因子，因此其动态品质和稳态性能不够理想；并且控制作用仅取决于误差及误差变化，没有考虑到误差变化率(在快锻机组中其物理实质为油缸的压力变化)对系统的影响。

为了弥补常规模糊控制器的不足，应采用因此自调整因子三维模糊控制器，其控制规则的量化描述方式为U=-(αE+βC+(1-α-β)R)式中 α，β——加权系数，且α，β∈(0，1)

E，C，R，U——经过量化的模糊变量，其相应论域分别为误差、误差变化、误差变化率和控制量

具体叠代过程分为如下四步：

① 由Uk=α1Ek+(1-α1)Ck算得调整因子α1=(Uk-Ck)/(Ek-Ck)，故误差与误差变化的权重比为α1∶(1-α1)=(Uk-Ck)∶(Ek-Uk) ② 将上一步的权重比代入式Uk+1=-〔αEk+1+βCk+1+(1-α-β)Rk+1〕，得Uk+1=-(β(Uk-Ck)/(Ek-Uk)Ek+1+βCk+1+(1-β(Uk-Ck)/(Ek-Uk)-β)Rk+1) ③ 令Pk=(Uk-Ck)/(Ek-Uk)，计算上式，得β=-(Uk+1+Rk+1)/(PkEk+1+Ck+1-PkRk+1-Rk+1)