[發(fā)明專利]一種自整定模糊PID控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911204865.9
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN111077771A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊錚;王偉兵;潘鵬;申存斌;李仁華
• 申請（專利權(quán)）人: 邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司;邯鄲市邯鋼集團(tuán)信達(dá)科技有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 13108
• 代理人: 趙幸

1.一種自整定模糊PID控制方法，其特征在于：將模糊控制和PID控制結(jié)合起來，構(gòu)建自整定模糊PID控制器，該自整定模糊PID控制器以誤差e(k)和誤差變化率Δe(k)作為輸入，在PID控制算法的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算當(dāng)前誤差e(k)和誤差變化率Δe(k)，利用模糊控制規(guī)則在線進(jìn)行模糊推理，通過查詢模糊矩陣表對比例k_p、積分k_i、微分k_d進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，滿足不同時(shí)刻的e(k)和Δe(k)對控制參數(shù)k_p、k_i、k_d模糊自整定的要求。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自整定模糊PID控制方法，其特征在于具體步驟為：

步驟a：設(shè)計(jì)模糊控制器；

步驟b：設(shè)計(jì)PID控制器；

步驟c：系統(tǒng)建模；

步驟d：仿真驗(yàn)證，構(gòu)建出自整定模糊PID控制器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自整定模糊PID控制方法，其特征在于：步驟a中，模糊控制器的設(shè)計(jì)過程為：

步驟a1：輸入輸出變量的確立

將e(k)和Δe(k)作為模糊控制器的輸入，PID控制器的三個(gè)參數(shù)k_p、k_i、k_d作為輸出；

步驟a2：輸入、輸出變量的模糊語言描述

設(shè)定輸入變量e(k)和Δe(k)的模糊集為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，將e(k)和Δe(k)量化到[-3 3]區(qū)域；同樣，設(shè)定輸出量k_p、k_i、k_d的模糊集為{ZO，PS，PM，PB}，并將其量化到[03]區(qū)域；

步驟a3：模糊控制規(guī)則的語言描述

根據(jù)參數(shù)k_p、k_i、k_d對系統(tǒng)輸出特性影響情況，可以歸納出不同e(k)和Δe(k)情況下，被控參數(shù)k_p、k_i、k_d自整定要求，模糊控制規(guī)則如表2所示：

表2模糊控制規(guī)則。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自整定模糊PID控制方法，其特征在于：步驟a3中，模糊控制規(guī)則在Matlab中進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程為：

步驟a31、首先在Matlab命令窗口運(yùn)行Fuzzy函數(shù)進(jìn)入模糊編輯器，設(shè)計(jì)一個(gè)新的FIS文件，選擇控制器類型Mamdani；

步驟a32、然后分別輸入e(k)、Δe(k)、k_p、k_i、k_d的隸屬函數(shù)和量化區(qū)間范圍，以If andThen的形式輸入模糊控制規(guī)則，取And為Min、Or為Max，推理ImpIication的方法為Min，合成Aggregatin的方法為Max，非模糊化Defuzzification的方法為重心平均Centroid。保存為AutoFuzzyPID；

步驟a33、最后在Matlab文件編輯器里設(shè)計(jì)一個(gè)名為AutoFuzzyPID.m的文件，其內(nèi)容為：Matrix＝readfis(AutoFuzzyPID.fis)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自整定模糊PID控制方法，其特征在于：步驟b中，PID控制器的設(shè)計(jì)過程為：

PID控制器有5個(gè)輸入量：e(k)、Δe(k)、k_p、k_i、k_d，一個(gè)輸出量u(k)，則PID控制算法可表示為：上式算法可簡寫成其中，u(k)、e(k)分別為第k個(gè)采樣時(shí)刻控制器輸出控制量和輸入量偏差信號；k_p為比例增益；t_i、t_d分別為積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)；t為采樣周期；k_i＝t/t_ik_p、k_d＝t_d/tk_p。