三容水箱的模糊自整定PID控制

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第23卷第1期电力科学与工程VO1．23．No．12007年3月ElectricPowerScienceandEngineeringMar¨0o7三容水箱的模糊自整定PID控制赵科(大连交通大学电气信息学院，辽宁大连116028)摘要：针对常规PID对非线性、时延对象控制参数难以整定的问题，根据偏差和偏差变化率来实时调整PID参数，设计了基于模糊控制原理的PID参数自整定控制器。仿真结果表明，模糊自整定PID控制器比常规PID控制器有更好的控制效果，大大

2、改善了系统的动态和静态性能。关键词：三容水箱；模糊控制；模糊自整定PID中图分类号：TP273文献标识码：A三容水箱是较为典型的非线性、时延对象。态物料平衡关系口，被控参数h，的动态方程可由常规PID控制器对于工业过程中的非线性、时延下面几个关系式导出：对象，不具有在线整定参数的能力。本文将模糊控gj—g1=CIdhl—制理论和常规PID控制结合起来，设计了一种模Qf糊自整定PID控制器。这种控制器以偏差和偏差ql=／1(h。)g·一gzC2dh2变化率作为输入，利用基于模糊控制规则的模糊推一Qf(1

3、)理对PID参数进行在线修改，以改善控制效果。q2(hz)g2一=C3dh31三容水箱的数学模型一Qf三容水箱液位对象的模型如图1所示，根据动所．．以状态方程为1(一7Cl=”。)1CldII(¨一(+q(2)0【h，J01(一南(式中G，和G分别为3个水箱的液容；／1。)，(h)和／1(h，)分别由所设置阻力板流量特性／=叼决定。对于线性阻力板，理想流量q=B~／2gAh图1三容水箱液位对象实验测得流量系数a=O．6。收稿日期：2006-08-01．作者简介：赵科(1978一)，男，大连交通大学电气

4、信息学院硕士研究生，助教维普资讯http://www.cqvip.com电力科学与工程2007笠对于非线性阻力板，理想流量实验测得流量系数一寺】0h10[_辅音·0)寺·叫10h60j一砷争寻咖_10){·一6o)6叫60h70[_寺l0)10一60舯60){70警7叫7100f0．9060(1)当偏差较大时，为了加快系统的响应速口1—0．005(h一60)+0．960

5、PID控制器的设计(2)当偏差处于中等大小时，为使系统响应具有较小的超调，应取得小些，取值要适当。这2．1控制器结构时的取值对系统影响较大，要大小适中，以保常规PID只能利用一组固定参数进行控制，这证系统的响应速度。些参数不能兼顾系统动态性能和静态性能。模糊自(3)当偏差较小即接近设定值时，为了避免出整定PID控制器在常规PID控制器的基础上以偏现振荡，增强系统的抗干扰性能，应增加并减差e和偏差变化率ec作为输入，采用模糊推理方小的取值。当偏差变化量较小时，可取值大法以修正参数△，△和△为输出，以满足

6、不同些；当偏差变化量较大时，应取值小些。时刻偏差e和偏差变化率ec对PID参数自调整的2．3输入输出变量要求，控制器结构如图2所示。模糊控制器输入变量偏差e和偏差变化率ec；模糊自整定PID控制器模糊论域为[-6，6】，e和ec语言值的模糊子集均为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大)，并简记为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其隶属度函数均为正态型。为了得到较好的稳态性能，对输入变量e语言值的模糊子集进行不规则划表1模糊规则表EC图2模糊自整定PID控制系统—————两—NBPB／N

7、BBPB／NBPBfNMIBPB／NMlPID控制器的参数，和由式(3)计算NMPB肥／PSPB／NBiSPMlBPS／NSIKp=Kp0+△NSIS／z0NS／z0／PSPM／PS／PBPM，z0／PB{=。+△(3)Z0ZO，ZO，z0Z0／ZQ，Z0ZO，Z0／PSZO，z0／PSI=。+△PSNS／NM／Z0Z0／NS／z0PB／PS／PBPS／PS／PMPMPMfS／PSPM，ZO伊SPM，Z0／PSPS／PS／PS式中，。和为预整定值。PBPB／NM／NMPBI／NBPB／NB／z0PB／

8、NB／Z02．2参数自整定原则ECPID参数模糊自整定找出PID的3个参数与e，——而——和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测eNBPB／NSPB／NSMPB，zO，Z0NMPS／NS／NMZ0／ZO／NSNS／zO／Z0和ec，根据模糊控制原理对3个参数进行在线修NSPM／PS／PSNS／PS／NSNS／PS／Z0改，以满足不同要求，而使被控对象有良好的动、Z0Z0／PS／PSZO，zO，z0ZO，zO，z0静态性能p。根据参数，和的作用，在不P