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消费电子

2013年3月下ConsumerElectronicsMagazine计算机科学

恒压供水控制系统自适应模糊PID控制器设计及仿真

田红彬’，刘阳

(1．河南职业技术学院电气工程系，郑州450046；2．华北电力大学，北京102206)

摘要：恒压供水系统中控制系统复杂多变，控制参数测定不精确；本文提出了把PID控制与自适应模糊控制

结合在一起的一种自适应模糊PID控制器应用恒压供水系统中，借助于PID参数的在线模糊自整定，实时修改PID

参数，通过Madab仿真实验发现该控制系统的响应速度加快，超调量减小，过渡过程时间大大缩短，振荡次数少，

系统在运行过程中始终处于优化状态。自适应模糊PID控制器在恒压供水系统中的应用既可以提高系统控制性能，

又能最大限度地节约供水系统能源。

关键词：自适应模糊控制；PID控制；恒压供水；系统仿真

中图分类号：TP273．4文献标识码：A文章编号：1674-7712(2013)06-0049-02

一

、引言

随着人们生活品质的提高，人们对生活饮用水的要求也在

不断地提高，恒压供水系统在多层及高层住宅用水和消防供水

中得到了越来越广泛地应用。现代的恒压供水系统中主要由水

泵、变频器及调节环节构成，整个控制系统控制复杂多变，控

制参数一般不能精确测定。水泵作为一种典型的非线性负载，

在运行的过程中其旋转的速度与给定的信号之间具有滞后、惯图1控制系统结构框图

性较大的特点。参数K、T、的确定采用离线开环阶跃响应法，具体作法

如果采用常规的PID控制，在系统运行过程中因不能可靠是：在开环系统下，由控制器输出一个适当幅度的阶跃信号，

地调整PID参数而无法实现管道压力精确恒定控制，而且响应使水泵转速提到一定的幅度，然后记录水压的变化过程，在根

速度比较慢。而模糊控制对数学模型的依赖性较弱，不需要建据输入输出数据进行辨识。本系统的辨识结果为K=O．95，T=

立过程的精确模型，它可以把人们的经验转化为控制策略，对9．8，：2．55s，由此可得供水控制系统的近似模型为

时变的、非线性的、滞后的、高阶的大惯性的被控制对象，能

获得良好的动态特性。a(s、：e_2l55

基于以上原因，本文提出了模糊控制系统与传统的PID控9．8+1

制相结合，设计了一种自适应模糊PID控制器，借助于PID参(二)参数自整定原则

数的在线模糊自整定，实时修改PID参数，确保系统在运过程PID参数模糊自整定是找出PID的三个参数与偏差e和偏

中始终处于优化状态，既提高了系统控制性能，又能最大限度差的变化ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e及ec，

地节约供水系统能源。根据模糊控制规则来对三个参数进行在线修改，以满足不同e

二、自适应模糊PlD的概念及ec时对控制参数的不同要求，而使被控制对象具有良好的动

根据PID控制器的Kp、Ki、Kd的三个参数与偏差e和偏差静态性能，模糊PID控制系统如图2所示。

的变化率ec之间的模糊关系，在运行时不断检测e及ec，通

过事先确定的关系，利用模糊推理的方法，在线自动修改控制

器PID参数。因为参数可自动调整，所以自适应模糊PID控制

能解决系统的非线性问题。‘

常规PID控制只能利用一组固定参数进行控制，这些参数

不能兼顾动态性能和静态性能之间、设定值和抑制扰动之间的

矛盾。因此，将模糊推理引入控制系统，在PID初值基础上通图2模糊控制器控制原理图

过增加修正参数