基于自适应模糊免疫PID的轧花自动控制系统

轧花自动控制是棉花加工过程自动化的重要环节,对棉花加工质量、产量等有着重要影响。以轧花机喂花辊的转速作为控制量,在含潮率、籽棉等级等因素发生变化时,通过调节喂花辊转速,来实时控制喂花量大小,以保持合适的籽棉卷的密度,来达到轧花自动控制的目的。根据轧花工艺特点,用模糊控制、免疫控制与传统PID控制相结合,设计了自适应模糊免疫PID控制系统来控制喂花辊的转速,通过实时修正PID参数来保持控制系统的稳定性。用Matlab对自适应模糊免疫PID、模糊免疫PID和自适应模糊PID 3种控制系统进行了仿真比较分析,同时对基于自适应模糊免疫PID控制的轧花实时运行数据进行了分析,仿真及运行结果表明所设计控制系统在轧花自动控制中是有效和可行的,其在稳定性、鲁棒性上比其他2种智能控制系统性能优越。该控制方法为轧花自动控制提供了一种新的控制策略。     

气动柔性弯曲关节的特性及其神经PID控制算法研究

气动柔性弯曲关节可用于多指灵巧手的设计研究，为探讨其特性和控制方法，介绍了新型气动柔性弯曲关节的结构原理及其静态模型、动态模型；针对这种关节设计了神经PID控制算法，该算法主要包括两个神经网络：系统在线辨识器NNI和自适应PID控制器NNC。在NNI对弯曲关节进行在线辨识的基础上，通过对NNC的权系数进行实时调整，使系统具有自适应性。试验结果表明应用神经PID控制器能够有效地跟踪关节的运动轨迹，是适合这种关节的控制器。     

变量喷雾流量阀的变论域自适应模糊PID控制

为解决变量喷雾过程中实时混药时农药微小流量的控制问题,采用小型针阀、直流电动机及减速器设计了机电流量控制阀。构建了机电流量控制阀传递函数的数学模型,并为之设计了变论域自适应模糊PID控制算法。对该流量控制阀进行了变论域自适应模糊PID控制和PID控制的MATLAB仿真,比较结果表明：PID控制的响应时间为3.5 s,最大超调量约为39.0%,变论域自适应模糊PID的响应时间为0.93 s,超调量最大不超过2.9%。系统稳定性,准确性和快速性等指标完全满足农业技术要求。     

大型载重车辆电液多轴转向执行机构的模糊PID控制

针对大型载重车辆电液转向系统的研究，建立了转向执行机构——电液比例阀控液压缸的数学模型。采用PID控制策略对液压缸的位置进行控制。由于传统的PID控制器参数整定不容易，该文将模糊控制应用到PID控制中，在线调整PID参数。利用MATLAB中SIMULINK模块搭建包含Fuzzy控制的系统模型。仿真结果表明：模糊PID控制改善了控制系统的动态特性，增强实用性。     

基于模糊PID控制的玉米精量播种机单体驱动器设计与试验

为提升新疆地区玉米精量播种机作业效率、稳定高速工况下播种质量，该研究以气吸圆盘式玉米排种器为研究对象，设计了一种基于模糊PID控制的玉米精量播种机单体驱动器。基于电机驱动排种控制系统硬件构成及工作原理，搭建了以STM32F103C8T6单片机为核心的功能电路。该单体驱动器工作时，由霍尔传感器采集播种机的作业速度，通过高精度光电旋转编码器实时反馈电机转速，利用增益调整型模糊PID算法使调速系统根据转速偏差和偏差变化率实时修正PID控制参数，使电机转速快速精准地跟随作业速度的变化。通过转速控制特性试验可知：脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）频率为60 kHz时，电机具有良好的启动特性；电机转速在307～10 441 r/min范围内，电机实际转速变异系数均小于6.29%，具有较好的稳定性和线性度。电机调速试验结果表明：在设定电机目标转速为1 500 r/min时，模糊PID调速系统相比传统PID调速系统超调量降低0.4%，上升时间和调节时间分别缩短0.12和0.49 s，稳态误差减小0.3%；在种床带速度反馈周期T=1.0 s时，模糊PID动态调速精度较高、鲁棒性好。电机驱动排种台架试验结果表明：作业速度为8、10 km/h时，两种控制方式的播种性能指标差异较小；作业速度为12 km/h时，模糊PID控制的播种合格指数大于93.04%，重播指数小于5.13%，漏播指数小于1.83%；与传统PID控制方式相比合格指数均值提高2.50个百分点，重播指数均值降低0.85个百分点，漏播指数均值降低0.88个百分点，各播种性能指标均优于传统PID控制方式，适于高速播种作业。研究结果可为玉米高速精量播种机的研发设计提供参考。     

拖拉机线控液压转向系统的双通道 PID控制仿真与试验

拖拉机线控液压转向系统采用的单杆液压缸具有非对称性,为了提高转向系统的控制精度,提出了双通道PID(proportional integral derivative)控制方法,对液压缸活塞杆伸出和缩回的运动进行分通道控制。基于Sim Hydraulics模块建立线控液压转向系统的物理模型,对转向轮的跟随响应、阶跃响应进行仿真试验;同时搭建了线控液压转向系统试验台,进行台架试验,从而分析双通道PID控制对转向系统的影响。仿真试验得出双通道PID控制的跟随误差为0.473°、响应时间为0.273 s,且左、右转向跟随误差基本一致,均优于单通道PID控制,台架试验结果与仿真试验的效果一致。结果表明,线控液压转向系统在双通道PID控制下响应快,跟随误差更小,具有良好的跟随性和较高的控制精度。     

基于PID的饲料制粒调质温度控制系统设计与试验

为解决颗粒饲料在制粒过程中调质温度依赖人工辅助控制问题，该研究设计了基于PID控制算法的调质温度控制系统。采用开环阶跃响应法建立电动比例调节阀与调质温度之间的控制模型。为了得到最优的PID控制参数(比例系数K_p、积分系数T_i、微分系数T_d)，通过Simulink仿真试验对比了Ziegler-Nichols整定法、衰减曲线法和临界比例度法的PID响应曲线，确定PID最优控制参数为K_p=52.7,T_i=6.4,T_d=1.6。对小型制粒机调质温度控制系统进行试验，选用哺乳母猪配合粉料，调质温度分别设定为75、80和85℃，稳定后的调质温度均能维持在设定范围内；选取调质温度为80℃进行稳定性试验，每1 min记录调质温度，整个试验过程中调质温度基本稳定在(80±1)℃范围内，调质温度平均相对误差小于1%，调质温度变异系数小于0.5%，系统温度控制稳定，可自动采集制粒生产数据，实现了制粒过程中调质温度的快速响应和实时控制。研究结果可为颗粒饲料制粒机的自动化控制提供参...     

番茄钵苗整排取苗手定位的模糊PID控制

为解决自动移栽机作业过程中由于机械手定位误差导致的抓取失败、伤苗及漏苗问题,实现整排取苗机械手准确快速定位,该文采用模糊PID控制算法实现自动取苗机械手的步进定位控制。根据整排取苗试验平台分析了机械手水平和竖直方向的定位精度需求,以两相混合式步进电机为对象建立步进电机角速度控制模型,设计模糊规则,建立模糊PID控制器,通过对误差及误差变化率的在线修正,来满足不同误差和误差变化率情况下的控制要求。应用MATLAB/Simulink进行系统仿真,从超调量、响应时间和稳定性指标验证了控制方法的可行性;以单位阶跃信号作为激励,分析PID和模糊PID的控制效果,结果表明:通过固定参数PID仿真分析,获得系统最优PID参数为KP=20,KI=0.2,KD=1,达到稳态所需的时间为0.285 s。在此参数下,模糊PID控制达到稳态所需时间为0.25 s,响应速度优于固定参数PID控制,系统无超调。固定参数PID和模糊PID控制加入扰动后的控制效果分析表明,模糊PID控制系统超调量为40%,达到稳态所需时间为1.34 s,均明显小于固定参数PID控制43%和1.45 s,表明模糊PID在具有扰动的环境中控制效果明显优于固定参数PID控制,步进电机系统快速响应,控制稳定。系统试验结果,模糊PID控制算法的最大误差为2.8 mm,定位平均相对误差为0.81%,定位准确度高,可以满足机械手水平定位精度要求。     

基于分层结构模糊免疫PID的孵化过程控制

针对孵化系统具有强耦合、强干扰、大滞后的特点，提出一种基于分层结构的模糊免疫PID（Proportional—IntegralDerivative）算法，首先，前层结构控制采用前馈补偿解耦控制算法消除系统主要控制参数的耦合关系，后层结构控制根据系统主要参数易产生震荡和超调特点，采用模糊免疫PID控制算法，该算法根据模糊控制原理对PID参数模型中的kp，ki，kd进行在线修改，利用生物免疫机理调整非线性函数，然后用免疫修正进一步调整PID系统参数，实现家禽孵化设备中温度、湿度和含氧量的更为精确的智能控制。最后，实际运行结果验证了该控制算法的有效性。     

插电式四驱混合动力汽车能量管理与转矩协调控制策略

为克服传统比例-积分-微分(proportion integration differentiation,PID)以及模糊逻辑算法的缺陷、保障汽车经济性并改善乘员的乘坐舒适性,该文采用自适应模糊PID算法,建立了驾驶员模型。使用基于发动机输出转矩最优的能量管理控制策略,简述了驱动模式判别条件及转矩分配方法。提出1种"发动机调速+离合器模糊PID控制+发动机动态转矩查表+双电机转矩补偿控制"转矩协调控制方法,简述了模式切换步骤。在dSPACE实时仿真系统上对控制策略进行了硬件在环仿真。仿真结果表明,该控制策略在能量管理方面控制效果良好,动力部件的输出与控制策略完全吻合且平均车速误差下降37.1%。引入转矩协调之后,整车最大冲击度下降47.5%。该文的研究方法可以为制定复杂混合动力系统的控制策略提供参考。     

基于遗传算法的液肥变量施肥控制系统

为解决大田牵引式液肥施肥机的变量施肥作业精度不高、施肥流量不均匀以及肥料浪费问题,该研究针对液肥变量施肥控制系统,基于遗传算法的模糊PID(Proportion Integral Derivative)对电动比例阀的控制过程进行优化。首先对牵引式液肥变量施肥机的控制过程进行分析,建立液肥变量施肥控制系统的负反馈控制模型。根据控制系统要求,将模糊控制规则进行染色体编码,通过选择、交叉、变异等遗传算子对模糊控制规则进行仿真寻优,得到最优模糊控制规则表。依据得到的最优模糊控制规则对模糊PID控制器进行设置,并通过MATLAB软件进行仿真分析,结果表明,基于遗传算法的模糊PID控制的响应时间为4.86 s,小于传统PID控制的8.4 s和模糊PID控制的7.32 s。搭建试验平台进行液肥变量施肥控制系统流量控制的稳定性试验和变量控制试验,得到传统PID、模糊PID以及基于遗传算法的模糊PID在系统稳定运行时流量控制的相对误差分别为5.19%、3.40%、1.14%,响应时间分别为5.19、4.12、3.21 s,基于遗传算法的模糊PID较传统PID的相对误差减少了4.05个百分点,响应时间减少了1.98 s;基于遗传算法的模糊PID较模糊PID的相对误差减少了2.26个百分点,响应时间减少了0.91 s。基于遗传算法的模糊PID对液肥流量的控制效果优于传统PID和模糊PID,本文控制方法为变量施肥的研究提供了一种可行方案。     

植保四轴飞行器的模糊PID控制

针对当前植保四轴飞行器在作业过程中自身载荷发生改变后的飞行控制性能下降、抵抗环境扰动能力差的问题,该文改进了传统比例积分微分(proportion,integration,differentiation,PID)控制算法,提出了一种模糊PID控制算法。该文通过研究四轴飞行器的姿态解算和飞行原理,设计了以STM32系列的单片机为核心处理器的四轴飞行控制系统。采用AHRS模块实时解算飞行器姿态参数,结合模糊控制和PID控制算法调节电机的输出量来控制飞行姿态。试验结果表明:与传统PID相比,模糊自整定PID控制算法适应性强,参数整定简单,系统的动态响应能力和稳定性获得了提高,实现了四轴飞行器的稳定飞行。该文为植保无人机控制算法研究提供了一定的参考。     

基于Matlab和模糊PID的汽车巡航控制系统设计

该文设计了一种基于Matlab和模糊比例积分微分PID(proportional-integral-derivative)的汽车定速巡航控制系统,该巡航控制系统由模拟数字信号输入装置、定速巡航控制电子控制单元和节气门执行器等器件组成。为提高汽车巡航的精度和稳定性,提出了一种基于Matlab和模糊PID的自适应模糊控制方法,该控制算法在线优化模糊控制规则以及输出比例因子,既保留了传统模糊控制的优点,又有效改善了系统的控制品质,实车试验结果表明,试验车(上海大众帕萨特1.8MT)在40、60、80、100km/h定速巡航控制系统稳定时间分别在38、53、65、80s,超调量分别是0.5、0.4、1.2、1.0km/h。该系统稳定速度快,超调量小,系统工作稳定,可以较好地满足汽车巡航系统中控制需求。     

柴油机高压共轨系统轨压模糊控制与试验

为了改善发动机的冷起动性能以及有利于各工况切换时喷油的精确控制,该文针对采用高压共轨系统的柴油机,建立了基于模型的轨压控制策略,首先分析推导其数学模型;然后利用MATLAB/Simulink建立了轨压控制模型,轨压控制设计了前馈控制加反馈控制的轨压控制器,轨压反馈控制设计了传统的增量式PID(比例-积分-微分,proportion-integration-differentiation)控制器和模糊自适应PID控制器;最后对轨压控制模型进行了离线仿真验证;在此基础上利用硬件在环系统进行发动机台架试验,比较了2种控制器的控制效果。仿真和台架试验结果表明,模糊自适应PID控制器在目标轨压突变时的响应性(响应时间小于0.3 s)和跟随性以及稳定工况下轨压的稳定性(稳态误差小于2 MPa)方面都优于传统的增量式PID控制器,从而验证了控制策略模型的正确性。该研究提出的基于模型的轨压控制策略有助于实现柴油喷油的精确控制,可为柴油机共轨技术国产化提供参考。     

果园管道喷雾系统药液压力的自整定模糊PID控制

果园管道喷药系统具有非线性、大时滞特性,且管道中药液的压力随喷嘴数目变化而波动。为此,对管道中药液压力采用了带变速积分、微分先行优化算子的自整定模糊PID控制。根据管道中压力的实际值与设定值间的误差及误差变化趋势,在线调整模糊PID的参数,经带有变速积分、微分先行优化算子的增量式PID算法计算,获得控制量以控制管道中药液的压力。试验结果表明：采用这种控制方法,与不使用自整定模糊PID参数的变速积分、微分先行PID控制相比,管道中压力响应的上升时间缩短18.42%,调整时间缩短12.56%,最大超调量减小4.43%,误差减小50%。该控制方法能满足果园管道喷雾系统中对压力控制的要求。     

果园升降平台自动调平控制系统设计与试验

为提高果园升降平台调平精度和稳定性,设计了一种自动调平控制系统。通过调平机构动力学分析,建立了调平控制系统数学模型;利用融合卡尔曼滤波的模糊PID控制电磁阀驱动油缸伸缩调整工作台姿态,实现其自动调平。对控制系统进行仿真,结果表明:模糊PID控制较PID控制性能好,峰值时间缩短47.82%,调节时间缩短48.10%,最大超调量减小52.78%,经卡尔曼滤波后控制误差降低44.57%;对系统响应时间和调平效果进行测试,结果表明:自动调平控制系统响应时间为0.078 s;在平台不升降和升降2种工况下,最大坡度满载下自动调平最大误差分别为1.08°和1.74°,调平精度相对原果园升降平台调平系统分别提高了1.69°和1.91°,较好的实现了工作台自动调平控制。该研究为农业机具调平控制提供参考。     

双液压马达驱动的甘蔗根切器刀盘转速同步控制方法

为简化双刀盘甘蔗根切器的传动链,提高传动系统对时变载荷的适应性,该研究提出用双液压马达直接驱动双刀盘,并将电液比例负载敏感技术应用于根切器的传动方案,通过建模仿真和试验探究双刀盘同步精度的控制方法。建立根切器电液比例阀控马达闭环速度控制系统的传递函数,分析得到该系统的稳定裕度仅为16.5°,因此需要采用合适的控制算法提高系统的稳定性和控制精度。基于AMESim-MATLAB联合仿真,研究采用主从控制策略,主马达为PID控制,从马达分别采用PID、自适应模糊PID和滑模变结构控制算法时系统的稳定性和刀盘转速的控制精度。仿真结果为：不同控制算法下马达开启过程转速的动态调整时间分别为5.5、3.0、2.7 s,稳态阶段两个液压马达的速度差分别为20、8、5 r/min;最后搭建试验台,以实测载荷谱为负载输入,进行主从马达转速同步控制试验,得到PID、自适应模糊PID和滑模变结构控制系统启动阶段转速的动态调整时间分别为6.3、4.6、3.7 s,稳态阶段主从马达的转速差分别为47、23、13 r/min;仿真与试验结果均表明,基于滑模变结构算法的刀盘转速同步控制系统的各项指标均优于PID和自适应模糊PID控制。研究结果可为甘蔗收割机根切器传动与控制系统的优化设计提供理论参考。