基于模糊理论与常规PID控制的模糊PID控制方法研(2)

山东电力技术

2009年第6期（总第170期）

SHANDONG DIANLI JISHU

差和偏差变化值的大小而动态变化，这样显然更符合被控对象真实的控制规律，使模糊控制得到更广泛的应用。

1PID 控制介绍

PID 控制器是一种线性控制器：e （t ）=r （t ）-y （t ）

（1）

u （t ）=k p *e （t ）+k i *乙

e （t ）d t+k d *d t （t ）

（2）其中k p 、k i 、k d 分别称为比例系数、积分系数和微分系数。PID 控制的这三个环节的作用很明显：

（1）比例环节：即成比例地反映偏差信号，偏差一旦产生，控制器就产生作用减小偏差。

（2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。

（3）微分环节：能反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，加快系统的动作速度，减小调节时间。

由此可见，PID 控制器各环节物理意义明显，三个参数在实际控制中操作也比较方便。

2模糊控制器的设计

本文采用Mamdani 型模糊控制器，其结构图如

图1所示

。

图1模糊控制器结构框图

图中e 和ec 分别表示误差和误差变化率，k e ，k ec

为量化因子，ku 为比例因子，由图可得该模糊控制器是以e 和ec 为输入，u 为输出的两输入单输出控制器。各部分的具体设计如下：

（1）模糊化和反模糊化的设计输入输出的语言变量集取为：

{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，即{NL ，NM ，NS ，ZE ，PS ，PM ，PL}。

模糊量化论域为{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}，

（2）量化因子的设计

设误差的基本论域为［-e m ,e m ］,误差变化率的基本论域为［-e mc ,e mc ］，误差和误差变化率量化等级为7，则误差的量化因子为k e ＝7e m

，误差变化率量化

因子为k ec =7e m

。e m 和e cm 应视具体情况而定。

（3）规则库的设计

控制规则列表如表1所示，这样就完成了Mam -

dani 型模糊控制器的设计。

表1

模糊控制规则

NB NM NS ZE PS PM PL NB NB NB NB NM NS ZE ZE NM NB NB NM NS ZE ZE PS NS NB NM NM NS ZE PS PM ZE NB NM NS ZE PS PM PB PS NM NS ZE PS PM PM PB PM NS ZE PS PS PB PB PB PL

ZE

PS

PM

PM

PB

PB

PB

e

u ec 3改进的模糊控制算法（模糊与PID 的复合方式）

PID 控制器是生产过程自动控制中最普通采用

的一种控制方法，在化工、石油、冶炼、造纸、窑炉等方面得到广泛的应用，但而由于工业控制系统的复杂性及控制的精度要求，当采用单一的模糊控制不能满足控制精度，而传统的PID 控制由于系统被控对象的模型参数的非线性和时变性，用一组固定的参数进行控制，控制效果时常不佳。可以考虑模糊和PID 的复合控制方式。在实际应用中，一种很适用的复合方式是让模糊控制起到自适应PID 控制器参数的自校正作用，其原理见图2。模糊PID 控制器以传统PID 控制器为基础，引入模糊集合论，将PID 参数根据偏差和偏差变化值的大小而动态变化，这样显然更符合被控对象真实的控制规律。

根据PID 控制的基本特性，在不同的e （k ）和ec （k ）时，对k p 、k i 、k d 的要求也不同：

（1）当｜e （k ）｜很大时，要尽快消除偏差，提高响应速度，K p 应该取大一些。为了避免出现超调现象，

k i 、k d 最好为零。

（2）当偏差较小时，为继续消除偏差并防止超

调过大，产生振荡，k p 应减小，k i 可取较小值。k d 的值视｜ec （k ）｜而定。

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