模糊PID控制器設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第3章 模糊PID智能控制算法設計PID控制是工業(yè)過程中應用最廣泛的、常規(guī)控制中最基本的控制方法，具有結構簡單、易于實現、不依賴于系統(tǒng)精確的模型的優(yōu)點。但是當其用到復雜控制系統(tǒng)時，難以取得理想的控制效果，甚至會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。智能控制具有學習能力、對變化環(huán)境的適應能力以及自組織協(xié)調能力，能夠應用到復雜系統(tǒng)的控制中。因此，將智能控制方法和常規(guī)PID控制方法結合起來，可以充分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點，提高控制系統(tǒng)的整體性能。常規(guī)PID控制的參數是固定的，在廣義被控對象發(fā)生變化時，

2、其自身參數不能根據變化做出相應的調整。針對這一問題，已有研究者提出能自校正的PID控制方法。但是在系統(tǒng)非線性的情況下，實現自校正相當困難。因而需要設計一種PID參數自適應的控制方法，在對象發(fā)生變化時，其參數能進行動態(tài)調整。采用智能控制方法對自適應PID的參數進行優(yōu)化，將優(yōu)化的參數送到控制器，將可以很好的彌補傳統(tǒng)PID的缺陷，達到良好的控制效果，智能自適應PID控制應運而生 方鵬.基于模糊PID算法的中央空調溫度控制系統(tǒng)設計.合肥工業(yè)大學，2009.3.。PID控制系統(tǒng)的參數分為比例、積分、微分系數和PID控制器的參考值兩個方面，因此改變PID參數也有改變比例、積分、微分系數和改變PID回路的參

3、考值兩種方法。通常的自適應PID控制是采用前一種方法，對于被控對象的模型的改變，通過調整比例、積分、微分系數來調整三種作用的強弱，從而來適應變化。這類控制方法中最具代表性的是模糊自適應PID控制方法。模糊自適應PID控制是用模糊控制來適時調整PID參數的方法，其主要思想是結和工程設計人員的技術知識和實際操作經驗，建立合適的模糊規(guī)則，通過推理得到比例、積分、微分三個整定參數。由于一維模糊控制精度不夠，而三維模糊控制計算過于麻煩，通常情況下采用二維模糊控制方法實現參數整定。具體的方法是通過計算當前系統(tǒng)誤差及誤差變化率得到模糊控制的輸入，利用模糊規(guī)則進行模糊推理，查詢模糊規(guī)則表進行參數調整。參數的調

4、整包括極性和大小兩個方面。同時，系統(tǒng)要求辨識機構能夠提供足夠的系統(tǒng)信息，且保證模糊自整定PID有較為廣泛的控制空間。模糊規(guī)則的設計要保證系統(tǒng)滿足快速響應、無靜差的要求3.1 PID控制基本原理比例積分微分（proportional integral derivative, PID）控制是到現在為止最通用、最基本的控制方法。目前大多數的反饋回路用該辦法或者較小的變形來控制。PID 及其改進型是工業(yè)控制中最常見的控制器。雖然自20世紀初PID控制誕生以來，控制理論與控制技術取得了令人矚目的成就，先進控制策略不斷更新，但該控制器因結構簡單、對模型誤差有魯棒性和易于操作實現在大多數過程控制中取得令人滿

5、意的控制性能，現仍然被廣泛用于冶金、電力、化工、機械和輕工等工業(yè)控制中。3.1.1 PID控制器原理PID控制在生產過程中是一種被普遍采用的控制方法，是一種比例、積分、微分并聯控制器。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖3.1所示。圖3.1 PID控制原理圖模糊PID將偏差的比例、積分和微分通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制，其控制規(guī)律為：(3.1)其中控制器輸出；控制器輸入；比例控制項，為比例系數；積分控制項，為積分時間常數；微分控制項，為微分時間常數；PID控制器的三個組成部分對系統(tǒng)性能的影響如下 路桂明.基于模糊PID控制的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)的研究. 哈爾濱理工大學，2012.：1、比

6、例環(huán)節(jié) 比例環(huán)節(jié)的引入是為了及時成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號 e(t)，以最快的速度產生控制作用，使偏差向最小的方向變化。隨著比例系數Kp的增大，穩(wěn)定誤差逐漸減小，但同時動態(tài)性能變差，振蕩比較嚴重，超調量增大。2、積分環(huán)節(jié) 積分環(huán)節(jié)的引入主要用于消除靜差，即當閉環(huán)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，則此時控制輸出量和控制偏差量都將保持在某一個常值上。積分作用的強弱取決于積分時間常數Ti，時間常數越大積分作用越弱，反之越強。隨著積分時間常數Ti的減小，靜差在減??；但過小的積分常數會加劇系統(tǒng)振蕩，甚至使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。3、微分環(huán)節(jié) 微分環(huán)節(jié)的引入是為了改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)響應速度，它可以預測將來，能反映偏差信號

7、的變化趨勢，并能在偏差信號值變的過大之前，在系統(tǒng)引入一個有效的早期修正信號，從而加速系統(tǒng)的動態(tài)速度，減小調節(jié)時間。3.1.2 數字PID控制器計算機控制是一種采樣控制，它只能根據采樣時刻的偏差值計算控制量。因此，連續(xù)PID控制算法不能直接使用，需要采用離散化方法。在計算機PID控制中，使用的是數字PID控制器。按模擬PID控制算法，以一系列的采樣時刻點T(k)代表連續(xù)時間t，以矩形法數值積分近似代替積分，以一階后向差分近似代替微分，即(3.2)將描述連續(xù)PID算法的微分方程，變?yōu)槊枋鲭x散時間PID算法的差分方程，為書寫方便，將e(kT)簡化表示成e(k)，即為數字PID位置型控制算法，如式(3

8、.3)、所示。(3.3)或(3.4)(3.5)式(3.5)中，即為增量式PID控制量，由第k次采樣計算得到的控制量輸出增量?？梢钥闯?，由于一般計算機控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，一旦確定了Kp、Ki和Kd，只要使用前3次的測量值偏差，即可求出控制量的增量。PID控制用途廣泛、使用靈活，已有很多成功的實例。在生產實踐當中很多情況下，并不一定需要全部設定三個比例、微分和積分控制，可以根據實際情況，因地制宜取其中的一個或兩個控制即可。但是需說明的是：在設計PID控制器中，比例控制是必不可少的。3.1.3 PID控制器的參數整定PID控制器參數的調整方法有好多種，目前采用的方法主要有臨界比例系數法、響

9、應曲線法、Ziegler-Nichols參數設定方法、改進的Ziegler-Nichols參數設定方法、擴充臨界比例系數法、擴充響應曲線法、基于交義兩點法的PID整定規(guī)則和基于增益優(yōu)化的整定方法等等 安重仰.基于ARM的溫度智能控制研究.河北工業(yè)大學，2011.。擴充臨界比例系數法模擬控制在進行參數調整時經常使用的一種方法是臨界比例系數法，而擴充臨界比例系數法就是在此方法的基礎上進行擴展得到的。此方法利用采樣周期周期最小的一個值調節(jié)P值，在通過查表法算出其他的參數。擴充響應曲線法擴充響應曲線法是在對模擬控制器參數調整時所使用的曲線法的基礎上進行擴展得到的。方法為先根據動態(tài)相應曲線求出等效時間常

10、數Tk.和等效純滯后時間，然后再求出Tk/的值，再根據表格求出T0、Kp、Ki和Kd的值。（3）Ziegler-Nichols（ZN) 參數設定方法在實際的應用中，為了使PID控制器調節(jié)簡單、節(jié)省時間，應盡量少使用或不使用復雜的數學公式進行計算，盡可能多的利用以往的操作經驗進行參數的整定。3.1.4 PID控制器的改進1、積分飽和現象及其抑制 采用標準 PID 位置式算法，在實現控制的過程中，只要系統(tǒng)的偏差沒有消除，積分作用就會繼續(xù)增加或減小，最后使控制量達到上限或者下限，系統(tǒng)進入飽和范圍。而對時間常數較大的被控對象，在階躍響應作用下，偏差通常不會在幾個采樣周期內消除掉，積分項的作用就可能使輸

11、出值超過正常范圍，造成較大的超調。為了克服這種現象，可以采用過限消弱積分法和積分分離法。過限消弱積分法就是在控制變量進入飽和區(qū)后，程序只執(zhí)行削弱積分項的運算，而停止增大積分項的運算。積分分離法的基本思想是：當誤差大于某個規(guī)定的門限值時，刪去積分作用，從而使積分項不至于過大，只有當誤差較小時，才引入積分作用，以消除穩(wěn)態(tài)誤差。2、干擾的抑制 數字PID控制器的輸入量是系統(tǒng)的給定值r 系統(tǒng)實際輸出的偏差值e。在進入正常調節(jié)過程后，由于e值不大，此時相對而言，干擾對控制器的影響也就很大。為了消除干擾的影響，除了在硬件采取相應的措施以外，在控制算法上也要采取一定的措施。對于作用時間較短的快速變化的干擾，

12、如A/D轉換偶然出錯，可以用連續(xù)多次采樣并求平均值的方法予以濾除。在 PID 控制算法中，差分項對數據誤差和干擾特別敏感。因此一旦出現干擾，由它算出的結果可能出現很大的非希望值。此時可以使用四點中心差分法等方法對差分項進行改進，以提高系統(tǒng)抗干擾能力 楊帆.具有PID自整定功能的溫度控制器研究與實現. 大連理工大學，2006.。3.2 模糊控制基本理論國內外研究學者們對模糊現象的認識由來已久，20世紀 20年代開始，對模糊問題就有學者一直在進行研究。1965年數學家Zadeh發(fā)表了論文Fuzzy Sets，在該論文中Zadeh首次提出了度量事物模糊程度的概念：隸屬函數，由此產生了模糊集合理論。這

13、一理論的產生突破了迪笛卡爾在19世紀末創(chuàng)建的經典集合論，開創(chuàng)了模糊邏輯和模糊數學的新篇章 李智.井式電阻爐溫度模糊PID控制算法研究與溫度控制系統(tǒng)設計.遼寧科技大學，2011.10。3.2.1 模糊控制的基本思想模糊控制是將以模糊集合理論、模糊語言以及模糊邏輯推理為基礎的理論，同傳統(tǒng)的控制理論相結合，來模擬人的思維方式，對難以建立精確數學模型的被控對象進行控制的一種方法。模糊控制的基本思想就是用計算機來模擬人對系統(tǒng)的控制，將人的控制思想，也就是把專家的知識和操作者的經驗進行總結，并將這些經驗表達成模糊控制規(guī)則，然后將這些控制規(guī)則轉化成計算機可以執(zhí)行的算法，進而完成對被控對象的控制 Biglar

14、begian M, Melek. W.W, Mendel J.M. On the Stability of Interval Type-2 TSK Fuzzy Logic Control Systems. Systems, Man, and Cybernetics, Part B: Cybernetics, IEEE Transactions on, 2010,40(3):798-818.。3.2.2 模糊控制系統(tǒng)工作原理模糊控制無需預先知道被控對象的精確數學模型，以人的經驗總結出來的條件語句表示的控制規(guī)則，采用模糊控制卻能對工業(yè)生產過程的大規(guī)模系統(tǒng)控制取得令人滿意的控制效果。其主要反映在對對

15、象復雜的、機理不明的控制系統(tǒng)，它模仿和升華了人的控制經驗與策略，實現了智能化的控制。模糊控制系統(tǒng)組成一個模糊控制系統(tǒng)必須包含一些必要的部件，模糊控制的系統(tǒng)框圖如圖3.2所示，其中矩形框內為模糊控制器部分，模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心部分，是模糊控制系統(tǒng)區(qū)別于其它控制系統(tǒng)的標志，模糊控制器中存放的是由模糊控制規(guī)則推導出來的模糊控制算法，一般由微機編程或者硬件來實現，模糊控制器不依賴于被控對象的精確數學模型，被控對象不同，以及對系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能要求不同，模糊控制器的控制規(guī)則也不盡相同。計算偏差變化模糊化模糊規(guī)則推理清晰化被控對象r-+eeeE ECUu圖3.2 模糊控制系統(tǒng)框圖(2) 模糊控

16、制器工作原理模糊控制無需預先知道被控對象的精確數學模型，以人的經驗總結出來的條件語句表示的控制規(guī)則，采用模糊控制卻能對工業(yè)生產過程的大規(guī)模系統(tǒng)控制取得令人滿意的控制效果。其主要反映在對對象復雜的、機理不明的控制系統(tǒng)，它模仿和升華了人的控制經驗與策略，實現了智能化的控制 Tanaka. K., Ohtake. H., Wang H.O. 333-341.。模糊控制器的結構框圖如圖3.3所示。模糊控制器的輸入是系統(tǒng)給定值和當前值的誤差e和誤差變化量ec，模糊控制器的輸出為控制量u。模糊控制器主要由輸入量的模糊化處理、模糊控制規(guī)則、模糊推理和去模糊化四部分組成。模糊邏輯系統(tǒng)的工作機理：首先通過模糊化

17、模塊將輸入的精確量進行模糊化處理，轉換成給定論域上的模糊集合；然后激活規(guī)則庫中對應的模糊規(guī)則，并且選用適當的模糊推理方法，根據已知的模糊事實獲得推理結果，最后將該模糊結果去模糊化處理，得到最終的精確輸出量。圖3.3 模糊控制器結構框圖(3) 模糊控制器的實現步驟模糊控制器的實現步驟主要有以下幾步 NOTEREF _Ref h 2：第一步、計算系統(tǒng)設定值和當前值的誤差e和誤差變化量ec。第二步、輸入量的模糊化處理。即將精確值e和ec模糊化成模糊語言變量，把語言變量值化為適當論域的模糊子集(如“大”、“中”、“小”等)。第三步、模糊控制規(guī)則。模糊控制規(guī)則是模糊控制器的核心，是反映專家知識和經驗的控

18、制策略。第四步、模糊推理，即模糊決策。就是將模糊化后的語言變量和模糊控制規(guī)則，根據推理合成規(guī)則，推出得到模糊控制量的過程。第五步、去模糊化。因為模糊推理的結果是一個模糊量，必須將模糊控制量轉化為精確量，這一過程成為去模糊化，也可以稱為解模糊。3.3 聚氨酯膠生產線模糊PID智能控制器設計聚氨酯膠的RIM過程中，反應物料在模具中發(fā)生反應，產生分子鏈的增長和鏈的相互聯結、纏結。當固化完成時，形成閉合的聚合網絡。因此，反應物料的固化過程是人們所關心的，它由反應動力學和熱力學決定，同時也受物理條件的影響，如模具的尺寸和溫度、反應物料的溫度等。通過控制反應的化學和物理條件，交聯度可以變化，使得最終聚氨酯

19、膠具有可滿足不同需要的性質。固化反應對環(huán)境溫度的變化十分敏感，小幅度的環(huán)境溫度變化會引起涂料固化反應的明顯加快或減緩。另外，固化溫度對聚氨酯膠的微觀結構、相轉變溫度及熱性能等特性也影響較大，因此，實現精確的溫度控制是聚氨酯膠生產過程的關鍵。為了進一步提高聚氨酯膠生產線模具溫度的控制精度，閉環(huán)控制器采用了Fuzzy-PI控制器。通常的二維Fuzzy控制器具有良好的動態(tài)性能、魯棒性強、對參數變化及外界干擾具有良好的適應能力等優(yōu)點，但存在著穩(wěn)態(tài)誤差無法消除的缺點，且在工作點附近容易產生極限振蕩。由線性控制理論可知，積分控制的作用能消除穩(wěn)態(tài)誤差，但動態(tài)響應慢。因此將PI控制策略引入Fuzzy控制器，構

20、成Fuzzy-PI復合控制方式，通過模糊控制器實現對PID控制器參數的在線調整，實現高精度溫度控制。將所設計控制器應用到聚氨酯膠的RIM過程中。很好的解決了聚氨酯膠反應釜中溫度的升溫、恒溫、降溫控制問題。參數自整定的模糊PID控制器控制結構如圖3.4所示。其原理為：根據現場的不同情況，利用模糊控制器在線調整PID控制中的參數Kp、Ki和Kd，以達到在線智能自整定的作用。PID控制的關鍵是確定PID參數，該方法是用模糊控制來確定PID參數的，也就是根據系統(tǒng)偏差e和偏差變化率ec，用模糊控制規(guī)則在線對PID參數進行修改。其實現思想是先找出PID各個參數與偏差e和偏差變化率ec之間的模糊關系，在運行

21、中通過不斷檢測e和ec，再根據模糊控制原理來對各個參數進行在線修改，以滿足在不同e和ec時對控制參數的不同要求，使控制對象具有良好的動、靜態(tài)性能，且計算量小，易于計算機實現 NOTEREF _Ref h 4。圖3.4 參數自整定模糊PID控制結構圖模糊PID控制器設計主要分為以下步驟 陳永秀.伺服轉臺溫控箱控制系統(tǒng)設計與研究.哈爾濱工業(yè)大學,2008.6., 王潤澤.生物發(fā)酵溫度控制策略的研究,河北工業(yè)大學，2010.12：1. 確定模糊控制器的結構；2. 選擇模糊規(guī)則；3. 模糊推理和模糊判決，得到模糊控制查詢表；4. 根據實驗結果，分析模糊 PID 的控制性能，再對量化因子和比例因子進行調

22、整以達到理想的控制效果。3.3.1 模糊控制器的結構選擇模糊控制器的結構選擇，就是確定模糊控制器的輸入輸出變量。理論上講，模糊控制器維數越高，控制越精密。但是，維數越高，模糊控制規(guī)則變得過于復雜，控制算法的實現相當困難。由于系統(tǒng)受控對象溫度具有非線性與時滯性，為了得到良好的控制性能，不僅要觀測系統(tǒng)的溫度偏差e，同時應該觀測其偏差變化ec的趨勢，因此，系統(tǒng)采用的是二維模糊控制器，輸入變量取為溫度偏差e和偏差變化ec，輸出變量為PID參數的修正量Kp、Ki和Kd，這樣就構成了一個雙輸入三輸出的模糊控制器，如圖3.5所示，同時可得模糊控制器在Matlab環(huán)境下的系統(tǒng)參數。圖3.5 模糊控制器結構圖3

23、.3.2 模糊控制器的設計模糊控制器是基于模糊規(guī)則設計的，模糊規(guī)則是由若干語言變量構成的模糊條件語句，它需要設計者根據模糊控制器的結構，從大量的觀察和實驗數據中提取。其選擇過程可簡單分成三個部分，即選擇適當的模糊語言變量，確定各語言變量的隸屬度函數，最后建立模糊控制規(guī)則王曉紅.Fuzzy-PID.控制在吊運100米鋼軌系統(tǒng)中的應用.內蒙古科技大學，2011.6.。模糊語言變量的確定當選擇的模糊詞集較多時，則輸入和輸出變量的控制規(guī)則就變的比較簡單，不過此時就需要更多的響應規(guī)則。當選擇的詞集較少時，變量的性能不能完全體現，這就不能發(fā)揮模糊控制器的作用。根據系統(tǒng)的實際需要，將溫度誤差e、誤差變化率e

24、c和控制輸出量Kp、Ki和Kd采用七個詞集來描述，即模糊子集為e、ec、Kp、Ki和Kd=PB，PM，PS，Z，NS，NM，NB，各子集中的元素依次代表代表正大，正中，正小，零，負小，負中，負大。表3.1給出了各個變量的基本論域、模糊論域和量化因子。表3.1 語言變量參量表語言變量EECKpKiKd基本論語-5, 5-0.05, 0.05-0.1, 0.1-0.1, 0.1-0.4, 0.4模糊論語-10, 10-0.25, 0.25-0.01, 0.01-0.1, 0.1-4, 4量化因子20.51010.1（2）語言變量隸屬度函數的確定在選擇模糊控制器的隸屬度函數時，要根據誤差的大小來合理

25、分配。比如在誤差較大的范圍內，擇較為粗獷的模糊集合。反之，在小誤差范圍內，采用相對比較靈敏的模糊集合。通過合理的模糊隸屬函數的選擇，能對被控對象的控制效果滿足發(fā)酵過程溫度控制的要求。本文中對NB和PB采用正太行分布的隸屬度函數，PM，PS，Z，NS，NM均采用三角形的分布函數。各變量的隸屬度函數如圖3.63.11所示。圖3.6 輸入變量e的隸屬度函數圖3.7 輸入變量ec的隸屬度函數圖3.8輸出變量Kp的隸屬度函數圖3.10 輸出變量Kd的隸屬度函數（3）模糊控制規(guī)則的建立模糊控制規(guī)則的選擇是設計模糊控制器的核心。它實質上是將操作人員的控制經驗加以總結得出一條條模糊條件語句的集合。根據控制系統(tǒng)

26、中對過渡過程要求和專家經驗，對參數和的自整定要求如下 NOTEREF _Ref h 2：從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應速度、超調量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來考慮，Kp、Ki和Kd作用如下：1比例系數Kp的作用是成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產生，控制器立即產生作用以減小偏差。2積分作用系數Ki的作用是用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數T，T越大，積分作用越弱，反之積分作用就越強。3微分作用系數Kd的作用是反映偏差信號的變化趨勢即變化速率，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。針對不同時刻的的e和ec以及PI

27、D參數的整定規(guī)則對Kp、Ki和Kd進行以下設定：1當e較大，為了能快速的對偏差就行修正，此時應選取較大的Kp，同時選擇較小的Ki、Kd 避免系統(tǒng)出現較大的超調量；2當e和ec中等大小時，應取較小的Kp以避免出現較大的超調，同時，因為Kd的取值會對系統(tǒng)的控制效果影響較大，應取小一些，將Ki定位于一個較宜的位置即可；3當e較小時，為使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性能，Kp和Ki均應取大些，同時為避免系統(tǒng)在設定值時出現震蕩，并考慮系統(tǒng)抗干擾的性能，當ec較大時，Kd可取小些；ec較小時，Kd可取得較大些，通常Kd為中等大小。由以上PID參數整定規(guī)則和專家知識經驗，得到針對本文所研究的聚氨酯膠膠生產線溫度智能P

28、ID控制系統(tǒng)中Kp、Ki和Kd三個參數分別整定的模糊控制規(guī)則表，如表3.2、3.3和3.4所示。表3.2 Kp的控制規(guī)則調整表KpEECPBPMPSZNSNMNBPBNBNBNMNMNMZZPMNBNMNMNMPSZPSPSNMNMNSNSZPSPSZNMNMNSZPSPMPMNSNSNSZPSPMPMPMNMNSZPSPSPMPBPBNBZZPSPMPMPBPB表3.3 Ki的控制規(guī)則調整表KiEECPBPMPSZNSNMNBPBPBPBPMPMPSZZPMPBPBPMPSPSZZPSPBPMPSPSZNSNMZPMPMPSZNSNMNMNSPSPSZNSNSNMNBNMZZNSNSNMNB

29、NBNBZZNSNMNMNBNB表3.3 Kd的控制規(guī)則調整表KdEECPBPMPSZNSNMNBPB PBPSPSPMPMPMPBPMPBPSPSPSPSZPBPSZZZZZZZZZNSNSNSNSNSZNSZNSNSNMNMNSZNMZNSNMNMNBNSPSNBPSNMNBNBNBNSPS（4）模糊推理和模糊判決模糊算法的推理與確定是控制器設計的核心部分。本文中，通過模糊控制規(guī)則對PID控制器的參數進行在線調整，其關鍵在于找出誤差e和誤差改變量ec與PID控制器參數之間的模糊關系。具體操作是，在系統(tǒng)運行時不斷的檢測誤差e和誤差改變量ec的值，根據模糊控制原理以及e、ec和Kp、Ki和Kd

30、之間的模糊關系，對Kp、Ki和Kd進行在線修正，使其能夠針對不同的運行工況進行相應的調整，最終獲得良好的控制性能。根據表3.2、3.3和3.4整理出的49條模糊控制規(guī)則對Kp、Ki和Kd三個參數進行自校正校正，獲得的模糊控制規(guī)則如圖3.11所示。圖3.11 系統(tǒng)模糊控制規(guī)則根據輸入變量(模糊量)和模糊控制規(guī)則，按模糊推理規(guī)則計算輸出量，即根據模糊控制規(guī)則進行模糊推理，然后查詢模糊控制可以計算出在不同的偏差和偏差變化時，PID參數的調整量的輸出值，但該值還是模糊量，不能直接用于修正PID參數，還需乘以比例因子。這樣，就得到了PID參數的整定算式。(3.6)式中Kp0、Ki0和Kd0分別是Kp、K

31、i和Kd的初始值，可由湊試法得到。Kp、Ki和Kd是模糊控制器的輸出，即PID參數的校正量。將式(3.6)帶入式(3.4)就得到數字PID位置型參數，經PID控制算法，即可得出控制輸出量，經D/A轉換后控制粗精回路的切換，從而實現溫控箱溫度控制。3.3.3 聚氨酯膠生產線溫度模糊PID控制系統(tǒng)仿真采用模糊PID參數自整定溫控箱溫度控制系統(tǒng)進行Matlab仿真，仿真模型圖如圖3.12所示。圖3.12 模糊PID控制系統(tǒng)仿真模型其中，PIDFunction和S-Function分別為模糊PID控制器和被控對象的M文件，為了在Simulnik模型或M文件中應用這個調節(jié)器，必須以矩陣的形式把它保存到工作空間，選擇“Save to workspace”項保存。Matlab仿真實驗中，選取江蘇波士粘合劑有限公司聚氨酯膠生產線物料反應罐為被控對