自適應(yīng)模糊PID控制的太陽光跟蹤伺服系統(tǒng)
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2 被控對象模型
目前，關(guān)于太陽能伺服系統(tǒng)模型大多是對直流電機建模，并沒有考慮到系統(tǒng)參數(shù)對跟蹤系統(tǒng)的影響。文中采用的被控對象為文獻(xiàn)中提出的基于步進(jìn)電機的雙軸跟蹤伺服系統(tǒng)，其基本功能是使光伏陣列快速、平穩(wěn)且準(zhǔn)確地跟蹤定位太陽光源。利用天文知識可以精確地獲得太陽高度角和方位角。太陽光源跟蹤伺服系統(tǒng)時刻檢測光伏陣列和太陽光源的位置并將其輸入到驅(qū)動運算單元，并產(chǎn)生輸出信號驅(qū)動兩部電機，分別在水平面和鉛錘面內(nèi)運動，使太陽光時刻垂直入射到光伏陣列的表面上，達(dá)到準(zhǔn)確和快速跟蹤太陽光源的目的。太陽能光源跟蹤伺服系統(tǒng)如圖2所示。本文引用地址：http://2s4d.com/article/159556.htm
由于高度角跟蹤傳動機構(gòu)與方位角傳動機構(gòu)工作時互不影響，下面以方位角跟蹤傳動機構(gòu)為例進(jìn)行建模和仿真研究。由文獻(xiàn)可知，方位角跟蹤傳動機構(gòu)的傳遞函數(shù)為：
3 自適應(yīng)模糊PID控制器的設(shè)計
該控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是要先找出3個參數(shù)與誤差e和誤差變化率ec之間的模糊關(guān)系，要求在系統(tǒng)運行中不斷檢測e和ec，根據(jù)模糊控制原理對3個參數(shù)進(jìn)行在線修正以滿足不同情況下對參數(shù)的不同要求，最終獲得良好的動態(tài)和靜態(tài)控制性能。
3．1 確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)
基于對系統(tǒng)的上述分析，模糊控制器采用兩輸入、三輸出的控制器，將誤差e和誤差的變化率ec作為輸入，將PID控制器的3個參數(shù)的修正值作為輸出。KP，KI，KD參數(shù)調(diào)整算式如下：
3．2 確定語言變量并確定語言值的隸屬度函數(shù)
設(shè)定輸入誤差e的語言變量為E，誤差變化率ec的語言變量為EC，兩者的論域都為{-3，-2，-1，0，1，2，3}，相應(yīng)的語言值為{負(fù)大(NB)，負(fù)中(NM)，負(fù)小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)}；輸出△KP的語言變量為△KP、△KI的語言變量為△KI、△KD的語言變量為△KD，三者的論域都為{0，1，2，3}，相應(yīng)的語言值為{零(ZO)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)}。輸入輸出變量的隸屬度函數(shù)采用三角函數(shù)。輸入變量e的隸屬函數(shù)如圖3所示，輸出變量△KP的隸屬函數(shù)如圖4所示。
3．3 建立模糊控制規(guī)則
PID參數(shù)的適應(yīng)必須考慮到在不同時刻3個參數(shù)的作用以及相互之間的互聯(lián)關(guān)系。對于不同的誤差e和誤差的變化率ec，控制器參數(shù)的自整定原則可歸納如下：1)當(dāng)誤差較大時，為使系統(tǒng)具有較好的快速跟蹤性能，應(yīng)取較大的KP和較小的KD參數(shù)，同時為避免系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，應(yīng)對積分作用加以限制，取較小的KI；2)當(dāng)誤差處于中等大小時，為使系統(tǒng)響應(yīng)具有較小的超調(diào)，KP應(yīng)取小一些，同時為保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度，KI和KD大小要適中；3)當(dāng)誤差較小時，為保證系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)特性，KP和KI應(yīng)取得大一些，同時為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)振蕩，并考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，當(dāng)誤差變化率較小時，KD可取大些，當(dāng)誤差變化率較大時，KD應(yīng)取小一些。
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