单片机为核心的参数自适应模糊 PID
摘 要：悬臂式掘进机工作机构负载变化较剧烈以及有较强的随机性，截割电机的超载和欠
载会在较大范围内波动，不利于提高工作效率和可靠性。运用模糊逻辑推理来获取控制量,
鲁棒性强,调节迅速，但是控制精度不高，以单片机为核心的参数自适应模糊 PID 控制器，
对系统参数的变化及负载变化具有很好的适应能力。可实现在巷道煤岩分布的不同情况下自
动的调节进给速度，避免截割电机的超载和欠载在较大范围内波动，实现了截割电机恒功率
控制，利于提高工作效率和可靠性。本系统较好的解决了截割作业中部分载荷波动问题，有
利于断面截割的一次成型。文中描述了该控制器的控制原理、硬件结构及软件体系。
关键词：悬臂式掘进机；模糊 PID；单片机；恒功率
由于掘进机控制系统的数学模型包含有煤岩特性等因素，要建立其准确模型十分困难，
加之截割煤、岩过渡时间一般比较短，过渡区不明确，传统手动或自动控制系统很难准确实
施控制。根据载荷或截割电机电流的变化情况，常靠司机通过搬动换向阀实现手动节流调速。
这必然存在盲目、随意性，而截割电机的超载和欠载会在较大范围内波动，不利于提高工作
效率和可靠性。运用模糊逻辑推理来获取控制量,鲁棒性强,调节迅速 [1]，但是控制精度不
高，本文将 PID 控制与模糊控制结合的模糊自适应 PID 控制通过在线修正 PID 参数,可实
现对
扰动及被控对象变化的快速平稳调节。
1. 调速系统组成
图 1 是掘进机工作机构的调速系统。截割电机的功率为:
N= 3IVcosφ （1）
式中:V—供电电压
I —电动机负载电流;
cosφ —电动机的功率因素。
工作中可认为 Vcosφ 不变 ,电动机的截割功率与截割时的负载电流 I 成正比，比例系
数取 KI。当截割阻力大时 ,电动机所需的截割功率就大 ,因此电动机的负载电流就大，反
之
亦然。
当煤、岩硬度不变,截割机构进给速度加大时,切屑厚度增加,电机负载电流也随之加大，
进
给速度越大,则截割阻力也越大,电动机消耗的功率也就越大,于是有如下关系式:
0 N f N = +k v
（2）
式中: 0 N —电动机空载功率;
f k —与煤、岩硬度有关的系数;
v—截割机构进给速度。
1- 数字液压缸驱动器；2-模糊 PID 控制器；3-信号采样；4-数字液压缸
图 1 截割结构调速系统
Fig.1 Speed control system of working mechanism
当 f k 变大时,欲使电动机功率为额定值,则进给速度必须变小;反之,当 f k 变小时,则进给
速度必须加大。由上两式可得:
KII =N0+kfv
（3）
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