一种模糊自调整二自由度PID控制器.docx

—种模糊自调整二自由度 PID 控制器

以实现对不确定复杂「况的庙指标控制要求为此，我们提出了一种新的校糊白调整控制方案，具体结构如图

41所示它由一个哀级二白由度PID控制器和一个校糊臼调整机构组成，投糊自调整机构根据输入信号（即

偏斧e)人小方向以及变化趋势等特征，通过校糊推理作出相府决策，在固定a..fJ＂值的条什 下，在线调整

k“ T；)、

Td）一=-个参数，以期取得满慈的控割效果．

二 模糊自调整二自由度PID控制器的原理

l. 二自由度化系数与系统动态响应的关系

分析图2.13所示的S一2DOFPlD控割系统结构图，可得PV与MV之间的迕续系统PID控制算式为：

－皿 U(s))?Kp(1++上+

,rdS )

(4一I)

以及SV勾MV 间的包含滤波函数的控制算式：

J皿 ＝Kp {a+[土-(I一”)(/J～丛］＋ 叮TdS }

J

sv · I Lm l?PTiS l+J/TdS

(4一2)

由(4一1)式知，过程 输出PV发生变化时（即 干扰发牛变化），用原米的PID控制器便可进行控制，而另一方面由(4一2)式知，设定值SV发生变化时，通过对比例堵益Kp乘上a倍，微分时间Td乘上a·r倍，积

分时间减去时间常数p.r;,人小力(1-aXt-P)的一次延时饱和要索，使P可变，这样符效地变更积分时间Ti,实现了完全－自由度化。

也就是说，即使i|～＿自由度化系数a,/37发生变化，对过程输出PV发生变化时的控制籽性也完全不影

响，但它们可以左儿设定值SV变化时的跟踪特性。

闪此，可像表2.3那样设定一日由度化系数a,P,-,以丛到“设定位跟踪”和“ 干扰抑制”倛仕的目的一般推荐a o.4, P=l.35,r云1.25,使－自由度化系数以r、固定形式应用．

PID控制器参数与系统动态响应的关系

由T微分作用的千扰敏感性，因此暂不考虑微分fr)lj，相应的增址式数字PID控制饵式为：

!!,.U(k)=Kp(e(k)-e(k-1)]+Ki-e(t)

即： !!,.U(k)=Kp- +Ki ·e (4一3)

式中Kp、Ki分别为比例系数和积分系数，Ki =Kp b输，T为采样周期．

Ti

一个典型的动态过程如图4.2所示，OO中实线为设定位跟踪和干扰抑制的理想曲线，同时还示山了偏差e

51l和偏差变化＆的变化曲线

5

1

l

。4.a}5LO505

。

4

.a}

5

LO

5

0

5n

0

Q

图4.2控制系统典型的动态过程

上面定性分析得出的结论如何得到定杂的表示，以便对系统实施有效的控制，本文在上一坴所提到的，在校糊控制规则中加入可调因于p函数的在线调秽规律为此提供了一个很好的借鉴方法在那里对千动态响

应过程，根据e和＆的特征信息由校糊推理可以产生一个相应的p(l)变化曲线，如图3.2所示．

:－—!受此启发，刚好可以把p(t)作用T-Kp,岚 Kd。千是我们符到这样一

:－—!

Kp = K

p?. p (I)

1} ＝7., p ,I + p (t)）

2

(4-4 ）

Td ? T,?

p(I)函数的生成仕下面介绍其中p,？2分别为比例常益Kp和积分时间飞的调整系数，川以进一步淌整控叫效果．k ” 、／， 的定义如前儿竞相同，即为PJD控制器的初始整定值．

模糊自调整PID控制器的实现

如 4、1所示的投糊白调整机构产生p(r)函数．p(1)的仕线调貂规律由一个Fuzzy推理生成根据当前

的控制（妇祚E和偏差变化EC,结合前面的分祈以及具体受控过程的特点和实际经验产生另一个模糊变址

H,H经1卜摸糊化处理得h(t)，它被用T在线调整p(I),p(t)=p(t -1)+O.lh(r)

(4一5)

式中，一般取p(O)=I,而0.1这个正常数，用米调貉p的变化速度。

如果定义￡;111EC的桢糊栠为{NB,NM ,NS.0,PS,PM,PB}, E和EC的论域为

{- 6,-