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模糊PID控制器在磁悬浮系统中应用 　　摘要：磁悬浮系统是一种非线性、不稳定系统。采用PID控制时，动态性能较差，控制效果不理想。为了获得控制效果较好的控制器，根据模糊控制原理，设计磁悬浮模糊PID控制器。在Matlab/Simulink中建模，并分别对磁悬浮系统在两种控制器作用下进行仿真。对控制效果进行分析，证明模糊PID控制器对非线性系统控制具有良好的鲁棒性。 　　关键词：MATLAB仿真；自动控制原理；教学改革；系统分析设计 　　中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)01-0099-04 　　Application of Fuzzy PID Controller to Magnetic Levitation System 　　XIANG Xiao-yan,LIANG Ping-yuan 　　(College of Information Science and Engineering Jishou University, Jishou 416000,China) 　　Abstract: Magnetic Levitation System is a nonlinear and unsteady control system. The problem that the dynamic characteristics is usually not satisfactory when PID controller is applied to it. A fuzzy PID controller for control of magnetic levitation system is designed based on the principle of fuzzy control. The simulation model is built in the Matlab/Simulink, and do the simulation with PID controller and fuzzy PID controller separately. The analysis of control results shows that the fuzzy control is effective to the nonlinear control system. 　　Key words: magnetic levitation system; fuzzy PID control 　　磁悬浮控制系统是典型的非线性迟滞系统，所以难以为系统建立精确的数学模型。传统的PID控制由于得不到精确的数学模型,并且动态性能较差,所以控制效果并不很理想。模糊控制类似于比例微分的控制方式，还有一个非零的稳态误差，属于有差调节。PID控制的动态性能较差,但其积分功能可以消除静差,可以使稳态性能变好。而模糊PID控制器将两种方法结合起来，取长补短，具有良好的动态性能（模糊控制器）和稳态性能（PID控制器）。常规PID控制器无法实现参数的在线调整，而模糊PID在常规PID的基础上加设模糊参数自整定控制器，使其根据系统的偏差的大小、方向、以及变化趋势等特征，通过Fuzzy推理作出相应决策，自动的调整PID的三个参数，以便达到更加满意的控制效果的目的。 　　 1磁悬浮球系统组成及建模 　　 1.1磁悬浮球系统基本组成 　　单自由度磁悬浮球系统主要由铁芯、线圈、光源、位置传感器、功放、控制器和钢球等元件组成。它是一个典型的吸浮式悬浮系统。系统基本结构如图1所示。 　　PID控制器实现对系统的控制，模糊推理系统以误差e和误差变化率ec作为输入，采用模糊推理方法对PID参数Kp、Kd、Ki进行在线整定，以满足不同的误差e和误差变化率ec以控制器参数的不同要求，而使被控对象具有良好的动态、静态性能。 　　3.2模糊PID的实现 　　PID参数的校正部分实质是一个模糊控制器。磁悬浮实验系统控制的目的是使小球悬浮在某一期望值，因此这里选择模糊控制器的输入变量为小球的位置（V）偏差e和偏差变化率ec，输出量为PID参数的修正量Kp、Ki、Kd。它们的语言变量、基本论域、模糊子集、模糊论域及量化因子如表1所示。 　　表1模糊PID参数表 　　[-3 3] 　　1 　　选择各变量的隶属度函数为均匀三角形。 　　3.3 PID参数模糊调整规则 　　参数模糊自调整PID控制器就是找处在不同时刻PID三个参数与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e和ec，根据模糊控制原理来对三个参数进行在线修改，以满足不同e和ec对控制参数的不同要求，而使被控对象有良好的动、静态性能。由前人的经验得知被控过程对参数Kp