解耦合自組織模糊滑動平面之控制器設計

2 ( [ 1

1

2 ₂

2 2 2

2 2 2 min 1

2s

C k

M d

k Γ + + θ φ + δ

≥ θ

_{φ φ} (5.2.35) 其中θ_M =θ_max −θ_min。

如同在文獻[40,43]中，主要是令 滿足(5.2.13)及(5.2.14)式 的條件。

2 2 2_s =−

k

_s

z

α

從上述已知理論中，我們知道要實現 ARC 控制器強健性部分，可 由兩方面著手。第一去選擇計算(5.2.35)式所須 、 、 之值，如 此，

k

即可由(5.2.35)來決定，成為一滿足可確保控制的精確度與全域穩 定的要求。然而，這樣求得

k

的方法是很艱難的，因為將會增加計算上 的複雜度與所花的時間，如同求最小邊界般。所以，須採用第二個方 式，即用較務實的方法選擇一夠大的 值，而不去考慮 、

C

、 等 值，至少可有達到區域性理想軌跡可追蹤。而本文即採第二種設計方 式，因為其除了減少設計時間外，又可達到性能要求。

k

2

C

_φ2 ε₂

2s

2s

k

₂s

k

_{2 φ2} ε₂

5.3 解耦合自組織模糊滑動平面之控制器設計

本論文目的在實現整合閥控液壓缸系統之伺服控制與節能控制系統 之節能控制，亦即當閥控液壓缸進行伺服運動控制時，同時進行節能控

制系統之節能控制，其整合控制系統，如圖 5.3.1 所示，為二進二出

（two-input / two-output，TITO）之複雜控制系統。

對於本實驗之 TITO 系統而言，兩組子系統會互相耦合(couple)影響 [14][15][16]，且不易使用系統鑑定(system identification)的方法得到系統 轉移函數，故對於需要使用系統轉移函數的控制理論，較不適宜用於本 實驗系統。因此，本論文選擇不需要數學模型且具有自我學習、適應能 力 的 模 糊 滑 動 平 面 控 制 理 論 ， 並 藉 由 自 組 織 修 正 器(self-organizing modifier)的自我學習能力作修正，而在系統耦合方面，則發展解耦合控 制器，來降低兩子系統間的耦合影響，以期能達到整合伺服控制與節能 控制的目的。以下各節將詳細說明整合控制系統之控制器設計概念、自 組織模糊滑動平面控制器設計流程與整合控制系統之控制器參數設定。

5.3.1 整合控制系統之控制器設計概念

本文控制器設計主要是利用分離控制的觀念[12][14][15][16][60]，將 系統控制器分為伺服控制器(Servo controller)、節能控制器(Energy-saving controller)與解耦合控制器(Decoupling controller)等部分，其控制系統方 塊圖，如圖5.3.1 所示。並分別說明如下：

(一)伺服與節能控制器：即兩個子系統的最主要控制器，也就是不 考慮系統耦合的影響，將解耦合控制器的控制訊號設定為零( 、 )，也就是把整合控制系統當成兩個 single input / single output 之 SISO 系統。如此，閥控液壓缸系統及節能控制系統之控制器將可分開 個 別 設 計 ， 此 兩 個 主 要 控 制 器 ， 分 別 為(i) 伺 服 控 制 器 （ Servo controller）：負責控制閥控液壓缸系統的伺服運動，如軌跡控制、速度 控制及力控制，而(ii)節能控制器（Energy-saving controller）：則負責節 能控制系統的節能控制，如負載感測控制、定供油壓力控制。

12 =0

u

21 =0

u

(二)解耦合控制器：解耦合控制器設計部分，乃是因考慮到兩個子 系統的耦合影響，分別設計兩個解耦合控制器，使其控制訊號分別為

u

12、 ，並分別加到兩個子系統中，使得原本兩個子系統的控制器輸

Energy-saving

Controller

SOFSMC Decoupled Controller II

SOFSMC Decoupled Controller I

+ Plant I

Plant II

coupling

器設計流程說明如下：

(一) 滑動平面選取

依據第四章控制理論 4.3.1.2 節中的滑動平面選取，知道系統的響應 會受限於外在的干擾及系統的特性影響，所以實際應用時需視系統的特 性作調整。但經本實驗調適結果發現：原則上

α

值越大其收斂速度越 快，但過大的

α

值卻可能使系統發生振盪。

(二) 歸屬函數建立

依據 4.3.1.3 節中歸屬函數之建立，選擇適當的控制器輸入及輸出歸 屬函數，並訂立所需的七條模糊規則。

(三) 參數 、 、Φ

u

₀

G

_u設定

依據 4.3.1.5 節中得知在模糊滑動平面控制器中，此三個參數均需根 據實際系統的特性與操作情況作調適與選定。

(四) 解模糊化

在解模糊化之設計上，採用 4.3.1.4 節中所介紹之重心法，所計算得 之控制量為

∫

∫

⋅

⋅

= ⋅

du u

du u u

_d

u

) (

) (

µ µ

(六) 自組織修正器

在自組織修正器方面，依據4.3.2.1 節中所介紹之方法設計一學習機 構為

( ) ( ) (nT)

W M nT RULES T

nT RULES

s s

s

γ σ

+

= +

在文檔中 閥控液壓系統節能控制與伺服控制之整合研究---以電液負載感測系統實現(III) (頁 123-127)