神經網絡PID控制器的雙軸同步控制初探

□田 晨

（西京學院 陜西 西安 710123）

神經網絡PID控制器的雙軸同步控制初探

□田 晨

（西京學院 陜西 西安 710123）

隨著社會經濟的不斷發展，科學技術的不斷更新換代，技術質量高的大型數控設備已在諸多領域得到了廣泛應用。因此，為了滿足相應的工件加工需求，保證PID控制系統的穩定性，必須要著手提高其同步控制的精確度。本文就神經網絡PID控制器的雙軸同步控制進行簡單的分析與探討，希望能夠對有關人員的研究有所幫助。

神經網絡；PID控制器；雙軸同步控制；補償單元；仿真模型

1 PID控制器的概述

PID控制器主要是由輸入電路、運算電路、輸出電路三大電路組成。PID控制器的工作實質就是對偏差信號進行比例運算、微分運算、積分運算，然后對所得出的結果進行調整，從而實現對整個系統的控制。因此，運算工作就是PID控制器的技術核心與關鍵環節。

2 交叉偶合同步控制方案

通過確立和使用交叉偶合同步控制方案能夠將軸間在工作中存在的誤差引入到相應的補償單元。補償單元在一定程度上可以說是電機控制調節器的數據分析師，其通過運用自身的工作原理不斷將位置誤差和速度誤差計算出來，再將這些誤差數據傳輸給電機控制器，從而使電機根據實際情況進行相應的誤差補給和技術調整，進而實現更為準確、更為有效的、誤差更少的同步控制。就交叉耦合同步控制而言，對補償單元進行科學合理的設計有著極其重要的意義。

3 補償單元控制器的相關設計

3.1 補償單元的概述

補償單元是交叉耦合同步控制中至關重要的環節，也是整個交叉耦合系統中最為關鍵的部分之一。補償單元控制器所采用的補償算法直接影響著同步控制的效果，為了保證同步控制質量和提高控制效果，補償單元必須要引入PID算法。通常情況下，普通的PID控制存在一定的不穩定性，尤其是當系統受到外界環境等因素干擾時，就會對其同步控制產生很大的影響。為了保證PID控制的控制性能，可以利用神經網絡控制的性能，進一步發揮神經網絡控制的優點，并根據外界干擾的實際情況進行PID參數調整，從而使同步控制更加穩定和更具效率。

3.2 PID控制器的工作原理

在比例環節中，增大比例系數，就能夠使靜差減小。但增大比例系數，需要在一定的范圍內，過分增大比例系數，在一定程度上就會使超調增大，進而產生震蕩，不利于同步控制的穩定性；在積分環節中，增大積分時間常數，就能夠對超調量進行調節，進而減小震蕩，減少相應的穩態誤差，進而提高控制的穩定性，但增加積分時間常數在一定程度上卻增加了系統消除靜差的時間；在微分環節中，保證微分時間常數，能夠改善系統整體的動態性能，能夠有效抑制偏差變化。但如果微分時間常數過大，就會使系統調節時間變長，在很大程度上會降低系統整體的抗干擾性。

3.3 神經網絡PID控制器的作用

通常情況下，單獨使用神經網絡控制是難以滿足雙軸同步控制的實際要求，需要與普通PID控制聯合作業，才能有可能改善雙軸同步控制中存在的技術難度。另外，必須要嚴格依據負載變化，對PID控制中的比例環節、積分環節、微分環節的參數，進行實時調整，從而使控制過程變得更加準確、更加快速、更加穩定。神經網絡可以劃分為輸入層、輸出層、隱含層。

4 仿真建模

4.1 仿真模型

在構建仿真模型時，需要使用Simulink。用戶通過利用Simulink，可以看到相應的仿真結果，這在一定程度上方便了用戶調整相關參數，也促進了系統的性能及用戶對系統的改進。

4.2 仿真對比

根據實際情況，對同步控制性能進行檢驗，需要將仿真過程中所采用的神經網絡PID補償器的交叉耦合方案與常規PID的交叉耦合方案進行比較，通過相應的比較，以及依據得出的仿真結果，對神經網絡PID控制器的同步控制性能進行更深入的檢測，從而確定系統性能。

結束語

將神經網絡PID控制算法應用在雙軸同步控制的補償單元中，是提高系統功能和穩定性的有效手段。通過把雙軸運動時所產生的同步速度誤差作為參考信號，并將其輸入到神經網絡PID補償單元中，再利用神經網絡的相關功能，對PID參數加以實時修正，從而實現同步誤差的合理補償。

[1]郭洪杰.大型飛機柔性裝配技術[J].航空制造技術, 2010(18):52-54.

[2]李耿軼,王宇融.數控機床多軸同步控制方法[J].制造技術與機床,2000(5):5-28.

[3]季明逸,游有鵬.基于偏差耦合法的同步控制策略研究與實踐[J].中國制造業信息化,2012(21)58-61,66.

[4]張世韜,楊風,郝騫.單神經元PID控制器研究及仿真[J].機械工程與自動化,2009(3):69-70.

1004-7026（2017）06-0094-01

TP273;TP183

A

田晨（1994-），男，陜西 綏德，西京學院，機電一體化專業。

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.06.066