经典PID与模糊PID控制.doc

实用标准文案 精彩文档 经典PID与模糊PID控制 一、PID 控制规律 控制输出由三部分组成： 比例环节——根据偏差量成比例的调节系统控制量,以此产生控制作用,减少偏差。比例系数的作用是加快系统的响应速度,比例系数越大,系统响应速度越快,系统的调节精度越高,但容易产生超调,甚至会导致系统的不稳定;比例系数过小,会降低系统调节精度,系统响应速度变慢,调节时间变长,系统动态、静态特性变坏。比例控制是最简单的控制结构，然而，它也能使系统满足某一方面的特性要求，如GM、PM、稳态误差等。 积分环节——用于消除静差,提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI 的大小, TI 越小,积分作用越强。需要注意的是积分作用过强,可能引起系统的不稳定。 微分环节——根据偏差量的变化趋势调节系统控制量,在偏差信号发生较大的变化以前,提前引入一个早期的校正注意的是微分作用过强,可能引起系统的振荡。 已知被控对象的数学模型： 二、经典PID设计 由于在设计PID控制器中要调整3个参数，根轨迹与波特图设计方法通常不被直接采用。Ziegler与Nichols发展了PID调节器设计方法。该方法基于简单的稳定性分析方法。首先，置，然后增加比例系数直至系统开始振荡（即闭环系统极点在jw轴上）。再将该比例系数乘0.6，其他参数按下式计算： 式中，为系统开始振荡时的K值；为振荡频率。然而，该设计方法在设计过程中没有考虑任何特性要求。但是Ziegler与Nichols发现这种设计方法给予过程控制器提供了好的工作性能。工程师们的多年实践经验证明，这种设计方法的确是一种好的方法。 根据给定传递函数用SIMULINK搭建结构图如下： 起振时=391，如图： 根据公式计算、、分别为234.6、276、49.8525 此时对于常数3的响应曲线如图： 可见，此时系统振荡，不稳定，继续等比例调节参数得新参数65、77、14，得响应曲线： 可见此时系统响应时间过长，而且存在比较大的静态误差，为了减小响应时间应增大，为了减小静态误差应增大，同时调节过程中会因参数变动产生超调量，综合以上几点性能决定确定参数为120、300、14。 此时跟踪常数、斜坡、正弦、阶越信号图形分别如下： 由以上几个响应曲线可以看出，经典PID对于超调量、响应时间、静态误差很难同时达到让人满意的程度，尤其是对于阶越信号的响应存在较大的振荡。 三、模糊PID设计 模糊自整定PID属于一种智能PID控制，它的主要特点是根据误差和误差的变化来自动调节PID的参数，首先将操作人员或专家的调节经验作为知识库，然后运用模糊控制理论的基本方法把知识库转化为模糊推理机制，利用模糊规则在线实时地对PID参数进行修改，以满足不同时刻的和对PID参数自整定的要求。其控制结构图如下： 通过查阅各种参考文献，建立合适的模糊控制规则表得到三个修正参数的模糊规则表： （1）Kp的修正规则表 ec kp e NB NM NS ZO PS PM PB NB PB PB PM PM PS ZO ZO NM PB PB PM PS PS ZO NS NS PM PM PM PS ZO NS NS ZO PM PM PS ZO NS NM NM PS PS PS ZO NS NS NM NM PM PS ZO NS NM NM NM NB PB ZO ZO NM NM NM NB NB （2）Ki的修正规则表 ec ki e NB NM NS ZO PS PM PB NB NB NB NM NM NS ZO ZO NM NB NB NM NS NS ZO ZO NS NB NM NS NS ZO PS PS ZO NM NM NS ZO PS PM PM PS NM NS ZO PS PS PM PB PM ZO ZO PS PS PM PB PB PB ZO ZO PS PM PM PB PB （3）Kd的修正规则表 ec kd e NB NM NS ZO PS PM PB NB PS NS NB NB NB NM PS NM PS NS NB NM NM NS ZO NS ZO NS NM NM NS NS ZO ZO ZO NS PSNS NS NS NS ZO PS ZO ZO ZO ZO ZO ZO ZO PM PB NS PS PS PS PS PB PB PB PM PM PM PS PS PB 将系统误差误差和误差的变化范围定义为模糊集上的论域[-12，12]，分成7个等级，其模糊化后的子集为分别表示为负大，负中，负小，零，正小，正中，正大。设和服从正态分布，用适当的隶属度函数表示，如下图：