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模糊PID控制器的研究 苏雯 （，) 摘要：本文基于对PID控制器参数的自整定方法、模糊控制器设计方法的研究，设计了一种模糊自整定PID控制器。该控制器是在整定出PID初始参数的基础上，根据被控对象的响应在采样时刻的误差E和误差变化率昭两个因素来确定参数调整量的方向和大小，通过把操作人员的PID参数整定经验总结成模糊规则模型，形成微机查询表。微机根据控制系统的实际响应情况，运用模糊推理与决策实现对PID参数的在线调整。该方法将经典PID控制与模糊控制的简便性、灵活性以及鲁棒性融为一体。通过MATLAB仿真研究及模糊PID控制和常规PID控制仿真的结果比较，表明本文采用的方法提高了系统的动、静态响应性能。也就是说，该控制方法对于此类系统控制是有效的。 关键词：PID控制；模糊控制；模糊PID控制 中图分类号： TM571 1 PID控制理论概述 系统偏差的比例(Proportional)、积分(Integral)、微分(Derivative)的综合控制，简称PID控制，是一种基于对“过去”、“现在”、“将来”信息估计的简单但却有效的控制算法。它有三个重要的功能： (1)提供反馈控制； (2)通过积分作用可以消除稳态误差； (3)通过微分作用预测将来。 PID控制特别适用于过程的动态性能是良性的而且控制性能要求不高的情况。PID控制也可以应用于许多具有特殊目的的控制系统中，也是分布式控制系统的重要组成部分和现场总线概念的重要组成部分，同时会随着现场总线的发展被标准化。 2 模糊控制理论概述 “模糊”在英语中注释为“Like Fuzzy,即“绒毛状的”、“形状(或轮廓)不清晰”。由于构成客观世界的万物是千变万化、错综复杂的，在事物属性、万物间的联系和施加于事物上的各种“作用因素”等方面均具有模糊性，加上人类对万物的观察与思维都是极其粗略的，语言表达是暖昧的，逻辑推理是定性的，毫不在乎地容纳着许多矛盾，因此“模糊概念”更适合于人们的观察、思维、理解与决策，这也更适合于客观现象和事物的模糊性。 模糊控制是基于模糊推理、模仿人的思维方式，对难以建立精确数学模型的对象实施一种控制。它是模糊理论和控制技术相结合的产物，同时也是构成智能控制的重要组成部分。模糊控制的突出特点在于： (1)控制系统的设计不要求知道被控对象的精确数学模型，只需要提供现场操作人员的经验及操作数据； (2)控制系统的鲁棒性强，适合于解决常规控制难以解决的非线性、强耦合、时变和时滞系统； (3)以语言变量代替了常规的数学变量，容易构成专家的“知识”： (4)控制推理模仿人的思维过程，采用“不精确推理”，融入了人类的经验，因而能够处理复杂甚至“病态”系统(i11-posed systems)。 3 PID控制原理 常规PID控制器是一种线性控制器，其原理框图如图3.1所示。系统主要由PID控制器和被控对象组成。 图3.1 P1D控制系统原理图 PID控制器根据给定值，(f)与实际输出值构成偏差，即： (3-1) 将偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，其控制算式是： (3-2) 传递函数形式为Z: (3-3) 式中：为比例系数，为积分时间常数，乃为微分时间常数。 4 基本的模糊控制系统 模糊控制系统(Fuzzy Control Systems)是一种基于规则的知识型控制系统。图4.1为模糊控制系统的框图。由图上可以看出，模糊控制系统与一般的计算机控制系统在整体结构上并没有什么差别，都是由被控对象，执行机构，检测装置，控制器等几部分组成，所不同的仅仅是以模糊控制器取代了传统的控制器。 图4.1模糊控制系统方框图 模糊控制系统一般可以分为四个部分： (1)模糊控制器：实际上是一台微机算计，根据控制器系统的需要既可以选用系统机，又可选用单板机或单片机。 (2)输入／输出接口装置：模糊控制器通过输入输出接口从被控对象获取数字信号量，并将模糊控制器决策的输出数字信号经过数模变换，将其转变为模拟信号，送给执行机构去控制被控对象。在I／O接口装置中，除A／D，D／A转换外，还包括必要的电平转换线路。 (3)广义对象：包括被控对象及执行机构，被控对象可以是线性或非线性的，定常或时变的，也可以是单变量或多变量的，有时滞的或无时滞的以及有强干扰的多种情况。 (4)传感器：传感器是将被控对象或各种过程的被控制量转换为电信号(模拟的或数字的)的一类装置。被控量往往是