[发明专利]基于模糊PID自整定计算的超精密车床运动控制方法

权利要求书

1.基于模糊PID自整定计算的超精密车床运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

以车床的直线运动导轨为被控对象，获取该直线运动导轨的预设位置信息与实际位置信息，根据预设位置与实际位置的偏差值及偏差值变化率，采用模糊PID控制算法计算出控制输出量，将该控制输出量输入至控制系统中来控制所述直线运动导轨运动；

其中，通过模糊PID控制算法计算出所述控制输出量的步骤具体为：

采用传递函数建立所述直线运动导轨的控制模型，基于该控制模型设计带前馈的PID控制算法；

基于所述带前馈的PID控制算法，设计模糊PID自整定算法，对该模糊PID自整定算法中的模糊输出量及各个模糊子集的论域范围进行选取，得到输出量的论域分布参数，根据该论域分布参数通过优化得出所述控制输出量；

所述传递函数的表达式为：

式(1)中，Z(s)为直线运动导轨实际位置信号，M为直线电机动子、滑台和负载的质量之和，K_f为直线电机推力系数，I_q(s)为推力电流，F_dist(s)为扰动力，L为直线电机交流电感，R为直线电机电枢电阻，K_e为反电动势常数，U_q(s)为直线电机电压q轴分量，K_pwm为逆变器放大系数，τ_pwm为逆变器时间常数，K_i为电流环PI控制器放大系数，τ_i为电流环PI控制器时间常数，τ_fil为电流环滤波器时间常数，β为电流反馈系数，U^*(s)为控制输入。

2.根据权利要求1所述的超精密车床运动控制方法，其特征在于，所述模糊PID自整定算法主要包括：

对所述直线运动导轨的位置偏差e及其变化率ec做模糊化处理，即在论域上定义若干个模糊子集，并规定其隶属函数，进而将清晰输入量转换为模糊输入量；

定义一组模糊控制规则表，用于描述模糊输入量即直线运动导轨的位置偏差e及其变化率ec和模糊输出量即Δk_p、Δk_i、Δk_d的一组“if-then”条件语句关系，并据此确定所述模糊输出量的所属模糊子集及其对应的隶属度；

使用解模糊方法，根据模糊输出量的所属模糊子集及其对应的隶属度计算出Δk_p、Δk_i、Δk_d的清晰量，并通过k_p＝k_p0+Δk_p、k_i＝k_i0+Δk_i、k_d＝k_d0+Δk_d实时整定PID参数，其中，k_p0、k_i0、k_d0分别为初始比例、积分、微分系数。

3.根据权利要求2所述的超精密车床运动控制方法，其特征在于，所述模糊PID自整定算法中，模糊输出量及各个模糊子集均采用三角隶属函数，且各个模糊子集的论域采用指数式分布。

4.根据权利要求1所述的超精密车床运动控制方法，其特征在于，根据所述论域分布参数优化得出所述的控制输出量是指采用仿真分析构造数据集，根据数据集构造线性回归预测模型，并用于实现所述论域分布参数的自整定而得出的优化值。

5.根据权利要求1所述的超精密车床运动控制方法，其特征在于，所述带前馈的PID控制算法的算法律为：

式(2)中，u^*为控制输入，k_vff为速度前馈系数，k_aff为加速度前馈系数，k_p为比例系数，k_i为积分系数，k_d为微分系数，e为位置偏差，z_com为导轨指令位置信号，z_act为导轨实际位置信号。