摘 要：在數控伺服系統中，當系統參數發生變化或者受到外界干擾時，采用PID控制容易導致過大的超調甚至引起震蕩，從而使系統的動靜態性能變差。本文提出一種模糊PID控制器，它結合了PID控制和模糊控制的優點，具有較好的自適應和抗干擾能力。以本研究所研制的數控高速銑齒機Z軸位置伺服系統為研究對象，在Matlab中分別采用PID和模糊PID控制進行仿真。結果表明，模糊PID控制器具有較強的魯棒性和抗干擾能力，更能滿足數控伺服系統的性能要求。

關鍵字：模糊PID控制器;交流伺服系統;位置控制;MATLAB仿真

Abstract: Variation of the system parameters and external disturbances always happen in the CNC servo system. With a PID controller, it may lead to large overshoot even oscillation, then the steady state and dynamic state performance will be worse. In this paper, a fuzzy-PID controller was proposed,and it incorporated the advantages of PID control and fuzzy control，which had good performance of adaptation and disturbance rejection. Based on the z-axis position servo system of a high-speed milling machine researched on our institute, simulations were carried out in Matlab with PID controller and fuzzy-PID controller. The results show that the system has stronger robustness and disturbance rejection with the latter, which can meet the performance requirements of the CNC servo system better.

Keywords: Fuzzy-PID controller; AC-servo system; Position control; MATLAB simulation

1 前言

　　數控機床的伺服系統是連接數控系統和數控機床主體的關鍵部分,其性能直接關系到數控機床的穩定性、響應速度及跟蹤精度。在數控機床的交流伺服系統中，在交流電機參數時變、非線性以及負載擾動影響下，仍能保持良好的動態特性和穩態跟蹤精度，是伺服系統研究面臨的一個重要問題。

　　傳統的線性PID控制在交流伺服系統中應用較廣，但是由于參數適應性差，抗干擾能力弱等不足，難以滿足數控伺服系統的要求。而模糊控制是一種智能控制方法，模擬人的邏輯思維推理規則，不依賴于對象精確的數學模型。而且對被控對象參數的變化不敏感，具有較強的魯棒性，可以很好地用于克服交流伺服系統中非線性、時變、藕合等因素的影響。本文針對模糊控制穩態精度不高的缺點，將PID控制與模糊控制相結合，提出一種模糊PID控制器。它既具有模糊控制靈活性和抗干擾性強的特點，又具有PID控制穩態精度高的特點。

2 伺服系統的結構

　　數控交流伺服系統通常采用具有位置、速度、電流反饋的三閉環結構，這樣的三環結構可以使系統獲得較好的靜態和動態性能。

　　其中電流環、速度環為內環，位置環位外環。位置環的作用是保證系統靜態精度和動態跟蹤性能，使整個伺服系統能穩定、高效運行。因此位置環是整個伺服系統設計的關鍵。本文采用模糊PID控制器作為位置調節器（電流環和速度環均采用PI調節器），以滿足數控伺服系統中對位置控制快速，無超調的響應要求。


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