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1、(10)申请公布号 CN 104155875 A (43)申请公布日 2014.11.19 C N 1 0 4 1 5 5 8 7 5 A (21)申请号 201410342070.5 (22)申请日 2014.07.18 G05B 13/04(2006.01) (71)申请人武汉滨湖电子有限责任公司 地址 430205 湖北省武汉市东湖高新技术开 发区流芳大道51号 (72)发明人张磊 (74)专利代理机构武汉帅丞知识产权代理有限 公司 42220 代理人朱必武 (54) 发明名称 一种主从轴控制方法 (57) 摘要 本发明属于自动控制领域，特涉及一种主从 轴控制方法。本发明通过在从轴模糊P。
2、ID闭环控 制跟随算法，并通过分段补偿、模糊控制器优化等 方式实现了重型平台高精度平稳举升的要求，解 决了双轴同步精度不高，系统复杂可靠性性较差 的问题。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 (10)申请公布号 CN 104155875 A CN 104155875 A 1/1页 2 1.一种主从轴控制方法，包括主轴数字PID闭环控制调速，从轴模糊PID闭环控制跟 随，其中主轴调速控制直接通过试凑法得到参数，其特征在于：所述的从轴模糊PID闭环控 制跟随包含主轴信号延时滞。
3、后的补偿的步骤、模糊控制器设计的步骤、模糊控制器优化的 步骤、模糊控制器参数调整的步骤。 2.如权利要求1所述的主从轴控制方法，其特征在于：所述的主轴信号延时滞后的补 偿为：将主轴的微分量信号进行中值滤波，并采用分段补偿；具体的分段的方法为：将整个 时间段分成若干段，从中间段向前的几段补偿系数逐渐减小，向后的几段补偿系数逐渐增 大。 3.如权利要求1所述的主从轴控制方法，其特征在于：所述的模糊控制器设计的步骤 为：先控制器左侧的PD组成了相位超前环节，模糊控制器的PI组成了相位滞后环节，分别 对系统的整体、高频段和低频段进行补偿和调节。 4.如权利要求1所述的主从轴控制方法，其特征在于：所述的。
4、模糊控制器优化的步骤 为：增加输出结果的平滑性；将正偏差小区域的中心值设置得比负偏差小区域的中心值设 置得靠近零点，快速地消除超调。 5.如权利要求1、2、3或4所述的主从轴控制方法，其特征在于：所述的模糊控制器参 数调整的步骤：得到设定GE值下的最大e值，以得到的最大e值进行模糊控制器参数的调 整。 权 利 要 求 书CN 104155875 A 1/3页 3 一种主从轴控制方法 技术领域 0001 本发明属于自动控制领域，特涉及一种主从轴控制方法。 背景技术 0002 双轴同步在举升重物领域运用广泛，目前采用较多，技术成熟的方法有：1、开环 控制，两根轴由同一油缸供油，供油的开度通过油缸内。
5、的比例阀调节，使得两根轴上的油压 大致相同，达到两轴同步的目的。2、虚拟轴控制，通过给定一个标准轴信号作为虚拟轴，激 励两根轴跟随虚拟轴运动，已达到两轴同步。3、主从控制，一根轴跟随另外一根轴运动，达 到两轴同步。从轴进行多层闭环控制以达到跟随的目的。三重闭环控制器设计较复杂，易 出现积分饱和情况，这对举升重量大的物体较为不利。但这几种主从轴的控制精度都高，难 以满足重型平台高精度平稳举升的要求。 发明内容 0003 针对背景技术的不足，本发明通过在从轴模糊PID闭环控制跟随算法，并通过分 段补偿、模糊控制器优化等方式实现了重型平台高精度平稳举升的要求，解决了双轴同步 精度不高，系统复杂可靠性。
6、性较差的问题。 0004 本发明的技术方案是：一种主从轴控制方法，包括主轴数字PID闭环控制调速，从 轴模糊PID闭环控制跟随，其中主轴调速控制直接通过试凑法得到参数，其特征在于：所述 的从轴模糊PID闭环控制跟随包含主轴信号延时滞后的补偿的步骤、模糊控制器设计的步 骤、模糊控制器优化的步骤、模糊控制器参数调整的步骤。 0005 如上所述的主从轴控制方法，其特征在于：所述的主轴信号延时滞后的补偿为： 将主轴的微分量信号进行中值滤波，并采用分段补偿；具体的分段的方法为：将整个时间 段分成若干段，从中间段向前的几段补偿系数逐渐减小，向后的几段补偿系数逐渐增大。 0006 如上所述的主从轴控制方法，。
7、其特征在于：所述的模糊控制器设计的步骤为：先 控制器左侧的PD组成了相位超前环节，模糊控制器的PI组成了相位滞后环节，分别对系统 的整体、高频段和低频段进行补偿和调节。 0007 如上所述的主从轴控制方法，其特征在于：所述的模糊控制器优化的步骤为：增 加输出结果的平滑性；将正偏差小区域的中心值设置得比负偏差小区域的中心值设置得靠 近零点，快速地消除超调。 0008 如上所述的主从轴控制方法，其特征在于：所述的模糊控制器参数调整的步骤： 得到设定GE值下的最大e值，以得到的最大e值进行模糊控制器参数的调整。 附图说明 0009 图1为本发明流程框图； 图2：未分段补偿； 图3：分段补偿； 说 明。
8、 书CN 104155875 A 2/3页 4 图4：模糊控制器模型； 图5：非线性模糊控制器模型图； 图6：改进后模糊控制器模型； 图7：模糊控制器参数调整图。 0010 具体实施方式 0011 以下结合附图对本发明做进一步的说明。 0012 如图1所示，本发明顺序包括主轴数字PID闭环控制调速，从轴模糊PID闭环控制 跟随。其中主轴调速控制直接通过试凑法得到参数，从轴跟随控制包含模糊控制器的设计、 模糊控制器的优化、模糊控制器参数的调整，主轴信号延时滞后的补偿。 0013 以下结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。 0014 本发明的一个具体实施例： 本发明涉及举升重量大于1000kg的。
9、重物，举升高度大于5米。举升过程需平稳，且有 一定的速度要求。 0015 1.1 主轴调速控制； 根据举升初始阶举升中期油缸压力与行程角度较大且速度要求高，举升后期精度要求 高的特点，对无PID的闭环系统进行频域分析，再通过PID补偿试凑（见陈伯时主编的电力 拖动自动控制系统第二章），得到低频段增益大、中频段截止频率较高、高频段衰减较大的 频谱特性。 0016 1.2主轴信号延时滞后的补偿 从轴输入为主轴输出y1的滞后信号，且滞后较大。 0017 传统的大滞后采用Simith预估器解决，但对模型误差估计要求较高，实现起来也 较复杂。鉴于微分具有超前度的特性，采用以主轴输入微分为主，输出微分中值。
10、（以当前时 刻为中心的微分区域）为辅的补偿，在补偿系数取一致的情况下，呈现了前半段补偿大，后 半段补偿小，见图2。原因为微分易受干扰，且补偿时高速段仍有滞后。解决的方法将微分 量进行中值滤波，至于变化的速度造成的滞后，可以尝试分段补偿。分段的方法为：将整个 时间段分成若干段，从中间段向前的几段补偿系数逐渐减小，向后的几段补偿系数逐渐增 大。本文分为6段，分段补偿的结果见图3。 0018 1.3模糊控制器的设计； 模糊PID控制器模糊控制器是对经典的相位滞后-相位超前和顺馈PID进行级联得到 的，示意图见图4： 其中GCE和GCU组成了顺馈回路，模糊控制器左侧的PD组成了相位超前环节，模糊控 制。
11、器的PI组成了相位滞后环节，分别对系统的整体、高频段和低频段进行补偿和调节。 0019 Kp = GCU * GCE + GU * GE （式1） Ki = GCU * GE （式2） Kd = GU * GCE （式3） 在输入误差E（图4中的e，下文中统称E）大的地方变化率大以致接近超调，在输入误 差E小的地方变化率小使得误差不能及时消除，因此需要一种输入E大的地方变化率（图4 说 明 书CN 104155875 A 3/3页 5 中的-cy，下文统称变化率CE）偏小、E小的地方变化率偏大的曲线。 0020 设置完条件rule，完整的非线性模糊控制器模型就设计完成了，可以通过模糊控 制器的。
12、模型试图观看其变换趋势，见图5。 0021 1.3模糊控制器的优化； 从上面的非线性模糊控制控制的效果来看，虽然效果优于经典PID控制，但是优化的 效果较小。分析效果差异时发现，条件rule的条件在某些方面调整不够，要提高跟随性，在 E大且为正的情况下，无论CE变换如何，都应该输出正的大输出。 0022 输出不再输出单值，而是在一定范围内的值，可以增加输出结果的平滑性；将正偏 差小区域的中心值设置得比负偏差小区域的中心值设置得靠近零点，是因为一旦超调，输 出值在负偏差小区域情况下也能较大，快速地消除超调，出现超调是系统不愿意出现的情 况，但一旦出现了，必须得尽快地消除超调。改进后模型见图6。 。
13、0023 改进后控制器模型在E大的区域，CE接近水平线；在E小的区域，CE的曲线起伏 最大。 0024 1.4模糊控制器参数的调整； E的范围在设计模糊控制器时已经设定，主轴与从轴误差e的大小是时变的，在仿真完 毕后可以得到设定GE值下的最大e值，以得到的最大e值带入式子中得到新的GE，将上述 的步骤反复运行直到GE和最大值e稳定下来，GE就是比较合适的值。得到的GE能够在运 行仿真时使得E的运动轨迹分布在自身范围的大部分中，这点可以通过ruleview观察到， 见图7。 说 明 书CN 104155875 A 1/4页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104155875 A 2/4页 7 图3 图4 说 明 书 附 图CN 104155875 A 3/4页 8 图5 图6 说 明 书 附 图CN 104155875 A 4/4页 9 图7 说 明 书 附 图CN 104155875 A 。