模糊PID控制原理及其仿真

设计分析・　模糊ＰＩＤ控制原理及其仿真　花　齐（贵州广播电视大学，贵州　贵阳５５０００４）　摘　要：模糊控制是用模糊数学的知识模仿人脑的思维方式，对模糊现象进行识别和判决，给出精确的控制量，对被控对象进行控制。与　经典控制理论和现代控制理论相比，模糊控制的主要特最是不需要建立对象的数学模型。　关键词：模糊控制；控制器；规则　操作人员根据对象的当前状态和以往的控制经验，用手动　个参数和偏差ｅ与偏差变化率ｅ　之间的模糊关系也就是ＰＩＤ参　控制的方法给出适当的控制量，对被控对象进行控制。用计算　数模糊自整定的过程。在运行过程中根据ｅ与ｅ　的变化，依据模　机模拟操作人员手动控制的经验，对被控对象进行控制。　糊控制原理对三个参数进行在线修改，从而使被控对象具有良　好的动态、静态性能。　１模糊控制的基本思想　首先根据操作人员手动控制的经验，总结出一套完整的控　模糊参数调节器的输入量炕房温度或湿度的偏差ｅ和偏差　　，输出量ＰＩＤ参数的修整量△　，△　和△　的语言变　制规则，再根据系统当前的运行状态，经过模糊推理、模糊判　变化率ｅ量、基本论域、模糊子集、模糊论域和量化因子，将各变量的隶　决等运算，求出控制量，实现对被控对象的控制。　模糊控制的发展经历了基本模糊控制、白组织模糊控制、　智能模糊控制三个阶段。基本模糊控制阶段针对特定对象设　计，控制效果好。控制过程中规则不变，不具有通用性，设计工　作量大。自组织模糊控制阶段某些规则和参数可修改，可对一　类对象进行控制。智能模糊控制阶段具有人工智能的特点，能　属度函数选择为均匀三角函数，做出各变量隶属度函数如图２。　根据输入输　出变量的隶属度　函数求得各语言　变量的赋值，在　根据语言变量的　赋值，经模糊推　图２　ｅ，ｅ。，△　，ＡＫｊ和△　属度函数　理得到控制集，　各控制参数的数　对原始规则进行修正、完善和扩展，通用性强。　２模糊ＰＩＤ控制器　在本研究设计中确定模糊控制系统结构图如图１所示。　值是通过对此模糊控制集的解模糊化而得到的。　３模糊控制规则　ＰＩＤ参数整定必须考虑不同时刻３个参数的作用和相互间　的关系，根据专家经验得出在不同的ｆ　ｅ　ｆ和ｆ　ｅ　ｆ状态时，三个参　数的自整定要求：　（１）当偏差Ｉ　ｅ　Ｉ较大时，取较大的　以提高响应速度，取较小　的　以避免由于偏差Ｉ　ｅ　ｌ的瞬间变大可能出现的微分过饱从而　使控制作用超出许可范围，取　＝Ｄ防止系统响应出现较大超调，　产生积分饱和。　（２）当Ｉ　ｅ　ｌ和『ｅ　Ｉ中等大小时，取较小的　以使系统响应有　较小的超调，　取适当的值，　对系统影响比较大，取值要适中　图１　模糊控制系统结构图　　常规ＰＩＤ控制器对于具有强非线性或不确定性的系统，控　以保证系统的响应速度。制效果并不理想。为了提高控制精度和灵敏度，采用模糊方法　（３）当Ｊ　ｅ　Ｉ较小时即接近设定值时】加大　和　的取值，以使　　根据偏差和偏差的变化率，对常规ＰＩＤ控制器进行修正，通过模　系统有较好的稳态性能。为使系统有较好的抗干扰性能，　ｅ　ｆ较小时　取较大的值；当｝ｅ　ｆ较大时，　取较小的值。　糊推理来调整ＰＩＤ参数，构成模糊ＰＩＤ控制，增量式ＰＩＤ数学模型　当ｆ为：　７＿　ｎ　（４）当Ｊ　ｅ　Ｊ较大时，　取较小的值，　取较大的值。　４模糊推理与解模糊化　不确定性推理方法之一是模糊逻辑，本设计的推理方法是　Ａｕｋ　ｕｋ—ｕｋ一１＝Ｋｐ［ｅｋ—ｅｋ一１　｝　』　（　一２ｅｋ一１＋ｅｋ一２）］　方法即极大极小值法推理。　烟叶烘烤过程中，温度控制主要体现为恒温控制和均匀升　采用Ｍａｍｄａｎｉ温控制。自适应模糊控制由模糊推理和常规ＰＩＤ控制两部分组　成，模糊推理环节实质上是模糊控制器，模糊控制器的输入为　偏差ｅ和偏差变化率ｅ　，输出为△　，△　，和△　。确定ＰＩＤ的三　规则：如果Ａ　Ｂ　，那么，ｃ　的模糊关系为ｆ　ＡｆＡ　ＢｉＪ／、　Ｃ　否则的意义是“Ｏｒ”，在推理计算中以并集形式表示。　经推理得出隶属度函数为：　ｖ　】｝ｎｖ　Ａ［，ＵＢｉ　ＡｔＺ。】｝　由此可推理出　，Ｋｉ和　的模糊输出集。根据模糊输出集，　作者简介：花齐（１９８２．９－），男，汉族，贵阳市人，２００３年毕业　经解模糊运算得出系统的输出控制参数。本设计的解模糊算法　（　于贵州财经大学，电子商务专业，现任贵州广播电视大学网络　采用加权平均法，即　∑　．ｚ＝　ｒ一　工程师，本科，研究方向：网络规划与网络安全。　∑ｇ￣ｊ（ｘ　）