参数自整定PID控制器的设计.ppt

设计的背景和意义 背景：PID控制本质上属于线性控制，因此对于具有很强非线性的对象来说，控制效果具有先天的不足。对于这种情况，就应该采用具有非线性特性的控制方法，以适应整个系统的特点。 意义：本文针对常规PID控制器不能在线进行参数自整定的问题，结合模糊控制技术，提出了一种模糊自整定PID参数的方法，并利用Matlab的模糊控制工具箱以及Simulink对其进行了仿真，结果表明设计的自整定PID模糊控制器具有控制精度高，超调小，动态性能好的特性 论文的结构和主要内容 第一部分设计的指导思想 PID控制的理论基础 常见控制器 PID控制参数整定 控制系统及PID调节 第二部分 控制算法的选择 第三部分 控制器的设计 模糊控制器设计的基本理论 参数自整定模糊PID控制器的设计 第四部分 MATLAB仿真 模糊控制器的MATLAB设计 仿真图的设计 仿真结果 控制器的设计 参数自整定模糊PID控制器的设计 参数自整定模糊PID的目的是为了使参数Kp、Ki、Kd随着偏差e和偏差变化率ec的变化而自行调整，因而必须首先建立起他们之间的关系。 我们可以按如下的方法 进行Kp、Ki、Kd的参数自整定： （1）确定输入变量，并将其模糊化 （2）确定输出变量和隶属度函数 控制器的设计 e,ec,Kp,Kd 的隶属度函数 Ki的隶属度函数 控制器的设计 确定模糊规则 控制器的设计 在线参数自调整 误差e和误差变化量ec作为模糊控制器的输入量，以满足不同e和ec对控制器参数的不同要求，根据模糊合成推理设计PID参数的模糊矩阵表，查出修正参数代入下式计算： Kp = Kp* +Δ Kp Ki = Ki*+Δ Ki Kd = Kd* + ΔKd 式中，Kp、Ki、Kd为PID三个控制参数的取值，Kp*,Ki*,Kd*为PID参数基准值Δ Ｋｉ，Δ Ｋｉ，Δ Ｋｄ为PID参数校正值。 控制器的设计 PID参数整定原则 当E较大时，应取较大的Kp，提高相应的快速性，而为防止EC瞬时过大，Kd应取较小的值，同时为避免出现较大的超调，应对积分作用加以限制，通常取Ki=0。 当E处于中等大小时，为使系统响应超调较小，Kp应取小些。在这种情况下，Kd的取值对系统响应影响较大，Ki的去只要适当。 当E较小时，为使系统具有较好的稳定性，Kp与Ki均应取大些，同时为避免系统在设定值附近出现振荡，并考虑系统的抗干扰性能，应适当的选取Kd值，Kd值的选择根据EC值来确定。当EC较大时，Kd取较小值；当EC较小时，Kd取较大值，通常情况下Kd为中等大小。 MATLAB仿真 1.模糊控制器的MATLAB设计 模糊推理系统编辑器（Fuzzy） 隶属度函数编辑器(Mfedit) MATLAB仿真 模糊推理规则编辑器Ruleedit MATLAB仿真 2.仿真原理图的设计 MATLAB仿真 在画出原理图后，进行参数调整，以使常规PID控制器和参数自整定PID控制器都达到最佳控制效果，然后对其最佳状态进行比较。在该实验中，两个控制器的延迟时间均为1s，下面对其各参数调整进行说明： 常规PID控制器： Kp=0.1 Ki=1.1 Kd=0.005 参数自整定PID控制器： E=0.1 EC=1 Kp=0.442 Ki=0.35 Kd=0.01 最终是两个控制器都达到最佳效果，比较可知，参数自整定PID控制器的控制效果更优！ MATLAB仿真 黄线-常规PID控制器仿真曲线与红线-参数自整定PID控制器仿真曲线 总结与展望 本文针对PID控制和模糊控制的各自特点，将模糊控制与PID控制结合起来，设计出了一个参数