[發(fā)明專利]一種模糊PID控制器的設(shè)計(jì)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310173763.1
• 申請(qǐng)日: 2013-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN103309233A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷興光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): G05B13/00
• 分類號(hào): G05B13/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種模糊PID控制器的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

眾所周知，傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用最廣泛、最基本的一種調(diào)節(jié)器，它具有算法簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，PID調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)相當(dāng)多的工業(yè)控制對(duì)象，尤其對(duì)可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性的控制系統(tǒng)的控制是非常有效的，但對(duì)于那些具有非線性、時(shí)變不確定性的控制對(duì)象，應(yīng)用傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器就難以實(shí)現(xiàn)有效的控制，模糊控制器是一種近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型控制器，其優(yōu)點(diǎn)是不要求掌握被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，而根據(jù)人工規(guī)則組織決策表，然且由該表決定控制量的大小，模糊控制或模糊自動(dòng)控制系統(tǒng)是以模糊數(shù)學(xué)，即模糊集合論、模糊語(yǔ)言知識(shí)表示及模糊邏輯規(guī)則等作為理論基礎(chǔ)；以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、自動(dòng)控制理論作為技術(shù)基礎(chǔ)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

目前，常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)，并取得較好的控制效果，而且通過(guò)調(diào)節(jié)PID控制器參數(shù)K_p、K_I、K_D，使其可以應(yīng)用于各種不同的對(duì)象，成為一種較為通用的調(diào)節(jié)器，但由于被控參數(shù)具有時(shí)變、非線性、不確定等因素，常規(guī)PID控制器不具有在線整定參數(shù)K_p、K_I、K_D的功能，致使其不能滿足系統(tǒng)在不同偏差e及Δe對(duì)PID參數(shù)在自整定要求，從而影響了其控制效果的進(jìn)一步提高，另外，即使是采用了各種最優(yōu)化算法校正PID的參數(shù)，由于最優(yōu)化方法的參數(shù)求解過(guò)程較為復(fù)雜，需要一個(gè)完整的過(guò)程后才能找到滿足目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)，且校正后參數(shù)被固定下來(lái)，無(wú)法有效控制參數(shù)變化的過(guò)程，而模糊控制器是一種近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型控制器，它的響應(yīng)特性優(yōu)于普通PID控制，并且具有較好的魯棒性，特別對(duì)非線性和時(shí)變性的被控對(duì)象，可獲得較滿意的控制效果。另一方面，模糊控制是以系統(tǒng)誤差e和誤差變化ec為輸入語(yǔ)句變量，因此它具有類似于常規(guī)PID控制器的作用，采用該類模糊控制器的系統(tǒng)有可能獲得良好的動(dòng)態(tài)特性，而靜態(tài)特性不能令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種模糊PID控制器的設(shè)計(jì)方法，旨在解決常規(guī)PID控制器存在的不具有在線整定參數(shù)K_p、K_I、K_D的功能，求解過(guò)程較為復(fù)雜，無(wú)法有效控制參數(shù)變化的過(guò)程的問題。

本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種模糊PID控制器的設(shè)計(jì)方法，所述模糊PID控制器的設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

輸入量偏差e、偏差變化ec的模糊化；

參數(shù)整定規(guī)則的確定及模糊推理；

建立模糊控制表。

進(jìn)一步、所述輸入量偏差e、偏差變化ec的模糊化的步驟為：首先要對(duì)輸入量進(jìn)行模糊化處理，輸入、輸出變量的語(yǔ)言值均分為七個(gè)語(yǔ)言值：{NB、NM、NS、O、PS、PM、PB}，隸屬度函數(shù)采用靈敏性強(qiáng)的三角函數(shù)，為增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，提高隸屬度函數(shù)的分辨率，在0值附近的函數(shù)形狀取得更陡；

e的基本論域?yàn)椋篬-2℃，2℃]；

ec的基本論域?yàn)椋篬-1，1]；

ΔK_p基本論域?yàn)椋篬-0.3，0.3]；

ΔK_i基本論域?yàn)椋篬-0.006，0.006]；

ΔK_d基本論域?yàn)椋篬-0.3，0.3]；

以上各變量的模糊量分別為：E、EC、ΔK_p、ΔK_i、ΔK_d；

其論域均為：[-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6]；

輸入量e、ec的量化因子為：

k_e＝-3，k_ec＝-6。

進(jìn)一步、所述參數(shù)整定規(guī)則的確定及模糊推理還包括：

成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e的比例環(huán)節(jié)；

用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度，對(duì)誤差進(jìn)行積分和對(duì)系統(tǒng)控制有一定的滯后作用的積分環(huán)節(jié)；

能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，并能在偏差信號(hào)值變得太大之前加入一個(gè)修正信號(hào)，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少超調(diào)時(shí)間，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的微分環(huán)節(jié)。

進(jìn)一步、所述模糊控制表的求取方法為：

通過(guò)描寫控制的49條模糊條件語(yǔ)句之間是或的關(guān)系，由第一條語(yǔ)句所確定的控制規(guī)則可以計(jì)算出ΔK_p、ΔK_i、ΔK_d；