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基于模糊PID控制的粉末冶金压机结构设计

内容来源:《机械设计与制造工程》      浏览次数:64      更新时间:2020-09-04

彭登奎,刘草生,田成林,肖云玲,崔贞雄,何赞勇

(广东劳安职业安全事务有限公司,广东 广州510060)

基金项目:国家自然科学基金资助项目(51865019)

作者简介:彭登奎(1988—),男(土家族),高级工程师,主要研究方向为安全工程、安全评价、化工,pengdengkui5000@163.com.

 

摘要:粉末冶金压机在工作时会受到较强的干扰,导致液压机对位置和速度控制精度较差。为了解决上述问题,设计了一种基于模糊PID控制方法的粉末冶金压机结构。针对粉末冶金压机速度控制结构和位置控制结构进行设计,速度控制结构利用电液伺服阀的传递函数和伺服液压缸的传递函数完成对速度的控制,位置控制结构由模糊算法和PID控制器两部分结合而成,通过计算模糊PID控制器的3项主要参数,并给出参数规则,以完成位置控制。实验结果表明,在干扰状态下,基于模糊PID控制方法设计的粉末冶金压机结构位置及速度控制能力都明显优于传统PID控制方法,说明设计的粉末冶金压机结构抗干扰能力和自适应控制能力较强,压机的稳定性较好。

 

关键词:模糊PID控制;粉末冶金压机;压机结构;控制系统

中图分类号TP273   文献标识码A   文章编号2095-509X(2020)06-0052-05

 

在粉末冶金领域,冶金压机发挥着重要作用,其工作性能直接影响冶金产品的品质,因此设计出良好的粉末冶金压机(以下简称粉末压机)结构十分关键1。粉末压机能够针对冶金产品进行位置控制,通过位置控制决定冶金产品的几何形状和尺寸精度,除此之外,还需要注意粉末压机中各模块的压制速度保持一致,只有压制速度相等,才能保证所得到的粉末产品密度均匀,且在压制过程中产品不会出现横移现象2。粉末压机在工作过程中会受到多方面因素的影响,例如油液黏度、温度、现场工况等,这些工况会影响粉末压机的位置及速度控制精度。因此,设计能够进行自适应控制的粉末压机结构已成为当前学者的重点研究课题。

陈虎等3设计了一种机械式粉末压机结构。以当前粉末压机结构为基础,对粉末压机整机结构及智能控制系统进行了设计,该研究对液压机位置控制的精度较高,但粉末压机速度控制精度较差;赵劲松等4设计了一种基于GA(遗传算法)和PID(比例、积分、微分)控制的粉末压机结构。采用遗传算法优化多个PID控制器参数,通过建立0.6 MN快锻液压机系统的机理模型,设计粉末压机结构。该研究在无干扰状态下能够精确控制液压机的位置与速度,但在强干扰状态下自适应性较差,导致控制过程超调量过大以及偶尔出现严重震荡现象。

模糊PID控制是PID算法与模糊控制理论相结合的一种控制理论,是找出PID3个参数kp,ki,kd与误差e和误差变化率ec之间的模糊关系,在运行中不断检测eec,根据确定的模糊控制规则来对3个参数进行在线调整,满足不同eec时对3个参数的不同要求。而针对上述研究存在的问题,本文设计了一种基于模糊PID控制的粉末压机结构。采用模糊PID控制算法设计粉末压机,提高了压机的抗干扰能力和自适应控制能力。

 

1粉末冶金压机速度控制结构设计

在粉末压机速度控制结构基础上,常规的PID算法在解决时变问题和强干扰问题时,难以达到理想的效果。虽然常规的PID算法在工业控制中仍然占据着主导地位,但是不能进行自适应控制,存在控制过程超调量过大以及偶尔出现严重震荡的问题。本文首先针对粉末压机的速度进行控制

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