模糊PID控制的研究.docx

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1、DOI:10.16660/ki.l 674-098x2011.19.180(C) 1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing I louse. All rights resen ed. 科技创新导报2011NO.19andTechnologyInnovationHerald工程技术模糊PID控制的研究杨茂华(中电投远达环保工程有限公司重庆401122)摘要:本文基于专统PID控制器原理与模糊控制系统理论，利用数学手段进行了传统PID控制器与模糊控制器的比较研究揭示了本控制器的非线性本质及其同传统PID控制器的联系，对模糊PID控

2、制器的设计具有一定的指导意义。关键词：P工D ;模糊；控制8 =同,1 / 分别为X与/的相找IJ分(即基元组)，其中中图分类号:P271.4文献标识码:A1引言在实际工业过程控制中，许多被控过程机理复杂,具有大惯性、纯滞后、高阶非线性、时变等特点。利用传统PID控制器，用固定不变的PID参数去适应干扰众多、参数变化的控制过程，很难获得令人满意的效果。模糊控制器具有不依赖控制对象精确的数学模型，减弱超调、防歧荡等优点。若能合理结合两种控制算法的优点，将为传统的模糊控制实践与系统化设计之间架起一座桥梁。2 PID控制原理2.1 PID控制器模型PID控制器就是将根据系统的偏差利用比例(P)、积分

3、(I)、微分(D)的线形组合构成控制量,对被控7寸象进行控制。其输出与输入(偏差)之间的关系，在时域中可用式表示。H(0 = K(e + - J 1 俨 +乙一勺 + WoTdl式中是控制器的输出,e表示控制器的输入(偏差K为比例系数7/称为微分时间,7；称为积分时间山。是控制量的基准。2.2 PI D控制器参数整定PID参数整定方法就是确定PID控制器的比例系数K、积分时间T,和微分时间Td，分为基于规则的自整定方法和基于模型的自整定方法两种。基于模型的自整定方法,可以通过参数估计、暂态响应实验及频率响应实验来获得过程模型。基于规则的自整定方法，不需要过程实验模型,整定过程类似有经验的操作者

4、手动整定。后者比前者更能抗负载干扰和设定值变化，从某种意义上来说，基于规则的PID参数智能整定方法就是模糊控制。3模糊控制理论3.1模糊控制思想模糊控制系统以模糊逻辑的规则推理为理论基础，用模糊语言、模糊数学的形式去表示,利用计算机控制技术，构成一种具有反馈通道的数字控制系统。其核心是智能模糊控制器，基本思想是将有经验的操作者对系统控制的行为过程总结成一些规则，并根据这些规则用机器去模拟人对系统的控制4文章编号:1674-098X(20n)07(a)-0090-02(2)将人工操作系统的经验总结为N条行为规则集，如若4,则(iWN).图1模糊控制系统一般模型将模糊输出处理为确定数值的算法，处理

5、模糊推理过程中用到的模糊集运算方法称为算法库。(4)M个传感器用于感应N个系统状态(占,八，工加。(5)根据系统状态八刈)和行为规则集可得到j个行为控制过程，称据算法库的算法将模糊控制行为转化成确定控制行为的过程称为确定化处理。系统的控制目标称为控制对象(如图1 4模糊控制器与PID控制器的比较4. 1单输入单输出模糊控制器设X =- y =-u,5分别为模糊控制器的偏差论域(即输入论域)和控制量论域(即输出论域),A =w,l H ,叫做基元国M分别为4与民的峰点，并且满足条件:-EX X2 A Xn E t-U M2 A UnU c 视 4、8 为语言变量，由此形成推理规则库R如式(2)。

6、if X is Ai then u is B,i(2)这里y，叫做基础变量。基于式(2)的推理规则所构成的模糊控制器其插值形式为式,考虑时间变量I之后应写为式(4)。n (X)4(幻1(3);Inw(0 *(4)通常，基元组取为形如式i-l(5)、(6)和(7)的线性基元组。基元组B3. 2模糊控制系统一般模型模糊控制系统的一般模型如图1所示。对行为规则中模耦概念的数学理解称为模糊子集隶属函数库。可类似写出。显然，这样的基元组为二相基元组。4(x(/) =(x(/)- X2)/(x0l，-其他 X2)rVl W x(t)XI (5)X(/)- XiU + X(/)- XiU =- MTW 一X

7、/-X/+Ir+1 - X， Xi - X141 Xi - X141(8) / x(/)+ XiMi7 Xi-加 I Ui -U/*lK (卯 a 二4h,T (rk- 工汹川-(x(r)- x-i)/(x - M-i), x(t) i)/(xr- Xc*i)rr x(t) = 2,3,八，一 1(6)0其他0其他- Xr+I Wr -Mr+1K (即(x(/) + T(i)c )yXi x(/) r +1(9)0,其他4(x(。)=(x(。-x7)/(x -卜-i x) 4 x 用？(/)表示偏差，则x(t) = e(t)c当x(/)wxl时曲式有：_n-i“得 (/)=叫。(10)/-I(

8、/) = F(x(。)=2 4(x(。) = 4(x(/), + 4+i(x)m+产作者简介:杨茂华，男,1994年毕业于渝州大学工业电气自动化专业，获学士学位，技术职称与职务:工程师、主任设计师;曾从事行业，火箭卫星发射、火力发电厂烟气脱硫工程的设计。详细通信地址:重庆市北部新区金渝大道96号中电投远达环保工程有限公司，邮编401122,杨茂华1362845412790程科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2011 N0.19Science and Technology Innovation Herald 工术科技创新导报(12)此外

9、，从 m。= 0 知 im. = f(xh) = F(0) = 0，可推出 T - 0 =T(6)kr 从而得式(11),(12)。;o) = K Oo-I )l(/),Xj-1 4 X(Z)4 X加(11)“(7)(/0,其他(hi) = K (2汶(f), Xh W X(Z)W Xjh- I0,其他片=Gne,户, w -11(14)u/ = GuXiSe (i+)S,jS r(J+)S,-j Z,y ；-P 则 C 对模糊数和+】,对模糊数凡和凡的隶属度分别为式(15)。二 m,(/) = eY+DMsRl:if e = and / =即 then Lu (Z+ j+2)VR2:if e

10、 = E八 and /= Rj then Au#= (r+y+l)K可见,在零点附近才控制器蜕化为普通P调节器;然而在离R3:if e = R and R= &+、then M= (/ + j +l)KR4:if e =零点较远处稹糊控制器则表现为带平移系qP调节器刚久Ei and r = Rj then Aw* = (/ + j)Vn = (?/ = e，-ei(13) Mr =m-i +/4. 2两输入单输出模糊控制器为了深入认识和研究模糊控制的本质，以下用统一的形式系统地分析典型模糊控制器结构。考虑单输入单输出(SISO)的被控对象,输入为4,输出为N，参考输入为S)为离散时间变量,模糊

11、控制器的输入为误差及误差6的差分力输出为小厕ei = 5/ - yt引入比例因子Ga Gr、GJ吏模糊控制器的输入输出变量归一化，即:对其结果解模糊，即可推导出模糊控制器输出的解析式(16)。 c(ij) = iJ = 2(/ +./ +1),(-./ z;y / -1)N-l S(16) *,j) = KP(e,r)r -(./ + 0.5)S+ K,(er)e - (i + 0.5)S可见,A由两部分组成，第一部分是取决于i、./的二维多值继电器,作用是全局性的;第二部分取决于输入状态3 ,广)与其所在区域中心的相对位置，输入状态距区域中心越远，则K 和K,的值越大,即局部的非线性时变PI

12、控制器风5结语本文利用数学手段进行了传统PID控制器与模糊控制器的比较研究，揭示了模糊控制器的非线性本质及其同传统PID控制器的联系，指出在一定条件下单输入单输出模糊控制器恰为一个分段带平移系数的P调.(/)=-S系山.中国科学,1999,29、 m,节器，两输入单输出模糊控制器是一个局部的非线性PI控制器与一个全局的二维多值继电器的和。参考文献1王大江，张宇，王智勇.运板车驱动行走系统的优化.工程机械,2010,4(11):20 22.2王磊,王为民.模糊控制理论及应用M.国防M出版社，3李洪兴.模糊控制器与PID调节器的关(4):136-145.1997:12 20.而夕、厂对其他相数的隶

13、属度都为0。因此，此时/、产只激活以r-(j+)S(15)S/T7/4 !(/) = 1 n-/Ss4刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真M.北京:电子工业出版社,2004:3 15.5. H.Ying.A Fuzzy Controller with Linear Control Rules is the Sumof a Global Two-dimension Multilevel Relay and a LocalNonlinear Proportional-integral Controllery.Automatica,1993,29(4):499 505.下四条控制规则:物、构筑物隔

14、开。加油站内不宜t坑、井、渠或其他暗沟，以免聚积油站地面也应有一定坡度，并t隔油池。此外,还要设置防雷设施和一(上接89页)(1)储油罐的防火设计。城市汽车加油站的汽油、柴油储罐应直接埋入地下，汽油储罐严禁设在室内或用盖板掩盖的坑内，储罐容量也不宜过大。加油站建在郊区,储罐直接埋入地下有困难时，也可设在地上或埋设成半地下式，但应设防火堤。地下油罐应单独设置呼吸管，管径不应小于50mm，且必须安装阻火器，管口与地面距离不应小于4m。另外还要有防雷和防静电装置，防静电接地装置每年应检测两次。(2)加油机的防火设计。力口油机基础中穿过的油品管线、电源线和接地线的孔洞应用砂土填满，以防油气逸出。加油机周围应按石油库内爆炸危险场所区域等级划分1级区域。加油机的电气线路应采用电缆敷设和钢管配线，电气设备选用安全型.(3)管线的防火设计。加油站的输油管线，宜采用无转钢管，管线的连接