模糊控制论文—参数自整定模糊pid控制器设计

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1、模糊控制论文—参数自整定模糊PID控制器设计时间2010年6月16日参数自整定模糊PID控制器设计【摘要】在借鉴传统PID控制应用工业现场基础上，引进模糊规则的调用方式。根据偏差绝对值和偏差变化率绝对值的改变，在线调节PID参数，最后进行MATLAB仿真，经过比较传统PID控制与模糊PID动态性能的差异，验证模糊PID动态性能得到明显的改善。【关键词】模糊PID、控制器、Matlab仿真（Simulink）传统PID(比例、积分和微分)控制原理简单，使用方便，适应性强，可以广泛应用于各种工业过程控制领域。但是PID控制器也存在参数调节

2、需要一定过程，最优参数选取比较麻烦的缺点，对一些系统参数会变化的过程，PID控制就无法有效地对系统进行在线控制。不能满足在系统参数发生变化时PID参数随之发生相应改变的要求，严重的影响了控制效果。本篇文章介绍了对模糊PID控制性能改善，它不需要被控对象的数学模型，能够在线实时修正参数，使控制器适应被控对象参数的任何变化。并对其进行仿真验证，结果表明模糊PID控制使系统的性能得到了明显的改善。1、传统PID与模糊PID的比较PID控制PID控制器问世至今凭借其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等优点成为工业控制的主要技术之一。当被控

3、对象的结构和参数不能完全掌握、得不到精确的数学模型时，采用PID控制技术最为方便。PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心。它是根据被控过程的特性来确定PID控制器的参数大小。PID控制原理简单、易于实现、适用面广，但PID控制器的参数整定是一件比较困难的事。合理的PID参数通常由经验丰富的技术人员在线整定。在控制对象有很大的时变性和非线性的情况下，一组整定好的PID参数远远不能满足系统的要求。为此，需要引入一套模糊PID控制算法。模糊PID控制所谓模糊PID控制器，即利用模糊逻辑算法并根据一定的模糊规则对PID控制的比例、积分、微

4、分系数进行实时优化，以达到较为理想的控制效果。模糊PID控制共包括参数模糊化、模糊规则推理、参数解模糊、PID控制器等几个重要组成部分。计算机根据所设定的输入和反馈信号，计算实际位置和理论位置的偏差E以及当前的偏差变化EC，并根据模糊规则进行模糊推理，最后对模糊参数进行解模糊，输出PID控制器的比例、积分、微分系数。2、模糊PID原理工业生产过程中，许多被控对象随着负荷变化或干扰因素影响，其对象特性参数或结构发生改变。自适应控制运用现代控制理论在线辨识对象特征参数，实时改变其控制策略，使控制系统品质指标保持在最佳范围内，但其控制效果的

5、好坏取决于辨识模型的精确度，这对于复杂系统是非常困难的。因此，在工业生产过程中，大量采用的仍然是PID算法，PID参数的整定方法很多，但大多数都以对象特性为基础。随着计算机技术的发展，人们利用人工智能的方法将操作人员的调整经验作为知识存入计算机中，根据现场实际情况，计算机能自动调整PID参数，这样就出现了智能PID控制器。这种控制器把古典的PID控制与先进的专家系统相结合，实现系统的最佳控制。这种控制必须精确地确定时象模型，首先将操作人员长期实践积累的经验知识用控制规则模型化，然后运用推理便可对PID参数实现最佳调整。模糊理论是解决这

6、一问题的有效途径，所以人们运用模糊数学的基本理论和方法，把规则的条件、操作用模糊集表示，并把这些模糊控制规则以及有关信息(如评价指标、初始PID参数等)作为知识存入计算机知识库中，然后计算机根据控制系统的实际响应情况(即专家系统的输入条件)，运用模糊推理，即可自动实现时PID参数的最佳调整，这就是模糊自适应PID控制。模糊自适应PID控制器目前有多种结构形式，但其工作原理基本一致。3、模糊控制器的仿真设计模糊控制器模糊语言变量设计参数自调节模糊PID的Kp调节参数自调节模糊PID的Ki调节参数自调节模糊PID的Kd调节语言值选择及隶属

7、函数设计FC1输入输出变量的隶属函数FC2输入输出变量的隶属函数FC3输入输出变量的隶属函数模糊规则集的设定FC1的模糊推理规则FC1的模糊规则观察器FC1模糊推理输入输出关系曲线FC2的模糊推理规则FC2的模糊规则观察器FC2模糊推理输入输出关系曲线FC3模糊推理规则FC3模糊规则观察器FC2模糊推理输入输出关系曲线系统Simulink模型的建立与仿真分析参数自调节模糊PID控制系统Simulink仿真模型传统PID控制单位阶跃响应模糊控制子系统Simulink模型PID控制器子系统的Simulink模型PID参数计算模块参数自调节

8、模糊PID控制下单位阶跃响应曲线PID参数调节过程说明：从如图所示的参数自调节模糊PID控制系统单位阶跃响应曲线可以看出，系统超调量为10%，比PID控制的超调量少了一半，但峰值时间为2s，比PID控制要长。所以参数自调