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摘要：在运动控制系统之中，由于被控制对象具有非线性、不确定性等特点，导致传统PID控制无法发挥出良好效果，研究人员需要对该项技术进行改进。本文根据以往工作经验，对运动控制系统的基本组成及PID控制在运动控制系统中的设计方法进行总结，并从PID控制算法的实现、数字PID控制器的参数设置、系统仿真三方面，论述了PID控制在运动控制系统中的实现方式。
关键词：PID控制；运动控制系统；系统仿真
前言：由于传统PID控制技术存在很多缺陷，相关研究人员对其进行不断完善，并取得了很大成效。近年来，很多新的控制算法得到了应用，如模糊控制、神经网络控制等。PID控制器在应用过程中需要对控制对象的数学模型进行有效掌握，并根据组织规则建立控制决策表，此时人们便可以对控制量大小进行确定。如果能够将新型PID控制器与传统PID控制相结合，控制精度也会得到有效提升。
1.运动控制系统的基本组成结构
在运动控制系统之中，伺服驱动机构可以对执行机构中的控制信号进行驱动，从而确定给定信号和传感器反馈信号之间的偏差情况，以PID控制器为标准得到人们想要的控制参数。整体来看，该系统在结构组成上与传统运动控制系统存在很大差异，这种差异主要表现在控制器方面，在新型运动控制系统中，控制器主要以模糊控制器的使用为主。在模糊控制器使用过程中，主要以微处理器的实现为主，可以体现出以下3个功能：第一，将系统偏差中的数字量转变成PID控制器中的模糊量；第二，根据具体的模糊量以及规则开展模糊推理；第三，将推理结果在实际操作系统之中体现出来，最终得到系统能够接受的模拟量。另外，模糊控制器是整个PID控制器的核心，其基本结构包括模糊化、知识库等部分。在模糊化环节之中，人们可以将精确量转变成模糊量，从而将输入信号映射到具体点位上，之后形成一个模糊子集。在知识库建设上，主要涉及到应用领域之中的具体知识要求和目标，属于度函数范畴，可利用模糊语言变量反映出具体的控制规则。
2.PID控制在运动控制系统中的设计方法
2.1模糊自适应PID控制器的设计步骤
模糊自适应PID控制器的设计主要是将模糊控制器与传统PID控制器结合在一起，其设计思想主要是对PID中的三个参数进行确定，从而确定出偏差与偏差变化率之间的模糊关系，并在之后的运行过程中检测出来，由于模糊控制选择的相互作用，可实现三个参数的在线整定。站在传统PID角度来说，在新的参数获取之后，才能对输出控制量进行控制。如果模糊PID控制器所得到的期望值和实际值存在偏差，相关工作人员应该在第一时间内对参数修正量进行确定。模糊PID控制器的具体设计步骤如下：首先，对输入和输出变量进行确定，同时确定模糊控制器的相关维数。一般来说，当输入变量的偏差得到确定之后，变差变化率也很容易被确定出来，并根据具体的参数数值确定参数增加量。其次，根据实际情况对输入输出变量的范围进行确定，最终得到量化等级和比例因子等。再次，模糊子集的定义，始终会处于变量的变化范围之内。第一，确定整个变量之间的模糊子集个数，此时，研究人员便可以根据具体的语言变量类型来确定度函数。再次，对模糊控制规则进行确定。此时操作人员应利用以往控制经验对若干条模糊条件语句集合进行总结。最后，在所有分析工作结束之后，可以通过分析得到PID的控制性能，再通过变化及比例因子的调整，最终达到理想的控制效果[1]。
2.2电流环参数整定
在运动控制系统检测过程中，由于检测信号中含有大量的谐波分量信号，在一定条件下，这些谐波分量会导致整个系统产生振动现象。因此，为了避免这种情况的出现，研究人员需要对反馈信号进行滤波操作。另外，研究人员还可以利用运算放大器对调节器之中的比例积分进行更正。而在调节器位置改善之后，系数和积分时间常数均会得到明显改善。在实际参数整定过程中，可以在电流输入端加入正负对称的信号发生器，整体幅值为1V，还要做好正负的对称工作，利用示波器对电枢电流的反馈信号进行统计。当比例系数与积分常数达到最佳状态后，应确保滤波中的波形和信号牢牢保持一致。为了确保设计效果，研究人员还可以做好电流的最大值限制工作，促使电流值与电机的额定电流数值相符，同时对电流反馈系数进行调节。在此过程中，整个电机中的1V直流信号也会进入到输入端之中，同时对电枢电流的反馈信号进行收集和分析，此种状态下的最大峰值不应超过额定电流的十分之一。在反馈系数研究上，尽管该项调节工作的开展会对整个系统产生较大影响，但由于反馈系数调节的存在，可以按照上述步骤对整个流程进行重新检验，验证电流调节器参数的准确性。
2.3速度环参数整定
待电流环调节完毕之后，可以开始速度环参数的整定工作，按照PID控制在运动控制系统中的具体要求，负载扰动不能出现静差，应以三阶典型系统设计为主，用PID控制器代替传统控制器。在速度环参数整定之前，还应该做好控制系统电机及测速机连线的检测，在所有程序确定无误之后，再将相关信号接入其中，并将检测重点放在放在测速反馈信号上。在刚开始时，研究人员可以先将方波信号调节至0V，之后将幅值加大，如果检测出的波形并未出现太大变化，则说明速度环不需要进行整定操作。如果电机在运行过程中始终处于零速状态，其他转速可能会出现一定的偏差，在此种状态之下，尽管速度的初始定值为零，电机的实际速度也不会保持零的状态。为了避免这种情况对整个系统产生影响，操作人员可以将外环的积分调节当做控制基础，对位置漂移进行抑制。
3.PID控制在运动控制系统中的实现方式
3.1PID控制算法的实现
在PID控制系统之中，由于比例环节的控制输出与误差信号之间的比例出现了巨大改变，导致实际值和指定值出现了较大偏差，该偏差也被人们称之为稳态误差。为了避免出现过大影响，可以通过积分环节将稳态误差消除。但由于积分校正的出现，很容易产生积分积情况，严重时还会超出具体调量，导致给定值出现上下动荡等问题。为了降低积分校正对整个运动控制系统的影响，应该在电机启停阶段中加入积分分离PID控制算法。如果实际位移与目标位移之间的偏差有所降低，方可继续进行积分校正，避免稳态误差的持续性扩大。在此之后，相关逻辑运算便能得到有效应用，并对PID积分分离进程进行有效确定，最终提升PID的控制效果，弥补PID调节过程中存在的不足之处，大大缩短调整时间。最后，在半导体后封装设备之中，主要是对电机完成运动进行有效控制，最终将稳态误差消除，提升控制精度。因此，在积分分离过程中，PID控制运算适合应用于运动控制系统之中，最终实现分离效果的全面提升[2]。
3.2数字PID控制器的参数设置
在PID控制器应用过程中，参数设置属于核心内容，主要是根据具体的运动过程对PID控制器中的比例系数进行确定，从而将积分、微分等事件统计出来。根据以往实践经验来看，PID参数设置主要包括两种方法：第一，理论计算设置法。该方式主要依据传统数学模型，利用理论计算将控制器参数计算出来。但该计算结果无法直接应用到运动控制过程中，需要进一步的调整和修改；第二，工程设置法。该方式主要以工程经验为主，经过多次控制系统实验得到，直到系统满意为止。积分控制具有很大作用，只要系统中有误差存在，积分便能得到不断积累，从而利用输出控制量将误差消除。因此，只要时间充足，积分控制便会将误差完全消除。在积分方式的作用下，整体系统的超调能力也会进一步提升，实现稳定运行。整体来看，反复实验显得十分重要，通过实验可以对最佳参数组合进行确定，并监视曲线运动情况，利用专用软件完成调节工作。
3.3系统仿真
在系统仿真过程中，主要利用Simulink来建立仿真环境，由于该种工具的配合，再加上工具箱等一系列仿真模块库的应用，如控制系统、通信系统等，可实现模块库的完美打造。在此次仿真过程中，主要采用的模块包括基本库、扩展库等。具体的仿真结果如下：常规PID控制得到的曲线图并不平稳，过度时间较长，所得到的控制品质也较差。而在模糊控制下，整个系统的响应输出速度较快，过度时间也有所降低，具有极强的跟踪性。从这里可以看出，在模糊PID控制过程中，能够满足整个运动控制系统的控制要求，并根据具体环境变化进行输出操作，以此来实现控制效果的全面提升[3]。
总结：综上所述，在PID控制策略实施过程中，主要是将模糊控制策略与传统控制策略相结合。而模糊控制环节的加入，可以实现PID参数的自整定。在运动控制系统中，迷糊PID控制将传统PID控制的优点进行了整合，对运动控制系统中的参数、线性变化等要求进行满足，最终实现系统动态性能的有效提升，具有很强的推广价值。
参考文献
[1]王建华,魏国亮,袁彬.串级PID控制在水下机器人俯仰控制系统中的应用[J].上海理工大学学报,2017,39(03):229-235.
[2]任志斌,刘佳斌,刘秀丽.基于模糊PID算法的高精度转台控制系统研究[J].机床与液压,2017,45(04):172-175.
[3]隋涛,孔苓青,刘秋贺.专家PID控制在矿井提升机直流调速系统中的应用[J].中国科技论文,2017,12(02):226-231.