文章编号：１６７４⁃７０７０（２０１４）０４⁃０３１２⁃０４
冯常奇
１
江品力
２
基于 ＧＡ 参数辨识的直流伺服电机 ＰＩＤ 调节器的设计
摘要
针对数控火焰切割机自动调高系统
的特点和要求，采用遗传算法对其位置
调节器 ＰＩＤ 参数进行全局优化辨识，有
效地解决了直流伺服电机的控制精度和
快速性的问题．仿真结果表明，与传统的
参数辨识法相比，遗传算法参数寻优使
自动调高系统的动态性能大幅提高，具
有很强的鲁棒性．
关键词
数控火焰切割机；自动调高系统；遗
传算法；ＰＩＤ 参数辨识；优化
中图分类号 ＴＭ３８３ ４
文献标志码 Ａ
收稿日期 ２０１４⁃０５⁃２１
作者简介
冯常奇，男，硕士，讲师，研究方向为控制
算法优化、ＰＩＤ 控制等．６４４３０４５２＠ ｑｑ．ｃｏｍ
江品力（ 通信作者），男，研究方向为电机
的智能控制，大型电气控制系统的设计、维护
和优化等．３９７４５１７６５＠ ｑｑ．ｃｏｍ
１ 武汉船舶职业技术学院 电气与电子工程
学院，武汉，４３００５０
２ 武汉天龙电梯工程技术有限公司，武汉，
４３００７１
０ 引言
“焊接与切割”是现代制造行业的关键加工技术．切割是焊接的首
道工序，切割断面质量、切割效率及材料利用率的高低直接影响着产
品的质量和生产成本．自从 １９６４ 年日本在船舶行业开始制造使用数
控火焰切割机以来，数控火焰切割机在我国的制造业中逐步得到广
泛的应用．在实际切割加工过程中，由于待加工的板材可能高低不平、
厚度不一，为了提高切割断口质量，减少废料的产生，需要保持切割
机割炬到板材的高度恒定
［１］
，因此数控火焰切割机必须辅以良好的
自动调高系统，才能发挥最大的效率．而自动调高系统运行的精度和
可靠性，直接影响着产品的质量．
常用的数控火焰切割机的自动调高系统一般采用传统的边界稳
定法或误差积分指标最优法对 ＰＩＤ 调解器进行参数校正，然而实际
工业生产过程往往具有非线性、时变不确定性，如自动调高系统中常
常会出现热变形、传统刚性变形等诸多非线性因素，因此常规的 ＰＩＤ
调解器参数往往整定不良，对运行工矿适应性差．遗传算法是一种宏
观意义下的仿生算法，以设定的待辨识参数作为搜索对象，对调节器
参数进行全局寻优
［２］
．本文将遗传算法应用于数控火焰切割机自动调
高系统 ＰＩＤ 调节器的参数辨识，给出了参数辨识的基本原理和辨识
的基本过程．结果表明，该方法是有效的，且算法具有计算速度快、精
度高、程序通用性强等优点，为自动调高系统的参数辨识提供了一种
新的途径，具有重要的工程实用价值．
１ 自动调高系统的结构及数学模型
数控火焰切割机自动调高系统的基本外形结构如图 １ 所示
［３］
，
其中受控电机是核心部分．电机为伺服直流电机，参数如下：额定电压
Ｕ
＝
２４ Ｖ，额定电流 Ｉ
＝
６ Ａ，额定功率 Ｐ
＝
９２ Ｗ，额定转速 ｎ
＝
６ ０００ ｒ ／
ｍｉｎ，电枢回路总电阻 Ｒ
＝
１ ４２０ Ω，电枢回路总电感 Ｌ
＝
０ ００１ ４２ Ｈ，转
动惯量 Ｊ
＝
０ ００７ ｍＮ·ｍ
２
，ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，脉宽调制）
装置放大倍数 Ｋ
ｓ
＝
２．
电机的控制系统结构框图如图 ２ 所示
［４］
．该控制系统本质上是一
个位置随动系统，由 ３ 个反馈控制环组成，内环是电流环，中间是速度
环，外层是位置环．
首先建立起被控对象的数学模型，分析影响系统指标的各种因
资源评论
