参数自适应模糊PID控制在恒压供水系统中的应用

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自动化与仪器仪表Z ) G U U Y QI I I OⅡ oN H A Y I B A Y文章编号：0 1 9 2 (0 5 0 0 2 0 10— 27 20 )4— 0 8— 4

20 0 5年第 4期 (总第 1 0期 ) 2

参数自适应模糊 PD控制在恒压供水系统中的应用 I黄良沛，黄昕，阳小燕(南科技大学机电工程学院湘潭，12 1湖 4 10 ) (中南大学机电工程学院长沙， 10 3 40 8 )

摘要：针对变频调速恒压供水系统具有多参数、非线型、大时滞的特点，计了一种利用模糊逻辑设进行在线参数自适应的 F z— I uz PD控制器。该控制器能够对 PD的参数进行在线自动调整，据不同 y I根

的工况条件选出合适的控制参数，对供水系统中的水压调节进行有效控制。仿真结果和实际应用表明， 采用参数自适应模糊 PD控制器后， I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，具有较强的鲁棒性和良好的稳定性。

关键词：数自适应；uz PD水压调节；型辨识；仿真参 Fz y— I;模系统ABSTRACT: mi g a h rcesi so v fc n tn r su ewae Ai n tc aa trt f v o sa tp e s r tr—s p li g s se s c smut— c v u p yn y tm u h a lip rm ee s n n ie r 1n i ea, aa trs r—a a t e F z y—P D c n r l ri d sg e y u eo a a tr, o l a .o g t n med ly a p rmee e f d pi u v I o t l s e in d b s f oe fzy lgc lr ls T e c n r H r c n ma e o l e s r— rg lt n o I aa tr。 c o dn o df rn u z o ia ue . h o t e a k n i e o n f e uai fP D p rmee s a c r i g t ie e t o

w ri odtn Po e prm t s r sl t f cvl ajs w t r sr cnt t i u tnrsl o n cn i . r r a e r ae e s dt e ete dut a r e ue os n. m l i ut kg i o p a e ee o i y ep s a

S ao ea d f l p l ain s o h tatrtep a ee e—a a t e F zy—P D c nr H rb i gu e c nr l y— n ed a p i t h w t a fe h r i c o m trs r f d pi uz v I o to e en s d. o to s s tm e p n e s e d q ik n Ov rrg lt n me s rme t r al e u e,r n i o a i h r n, u tain e rs o s p e uc e . e e u ai a ue n e tyr d c tq st n lt o g i me s ot f c u t e l ot sd c e s n o t ls ae p se sr te￣ n o u te sa d g o tb ly i e r ae a d c nr y tm o s s ah rs o gr b sn s n o d sa i t. me o i

KEYW oRDS: o sa tpe s r; aa trs r—a a t e; u z C n tn r su e P r mee e f d p i F z y—P D: i l t n v I S muai o

中图分类号：P 7 . T 2 34

文献标识码： B

0引言

么 PD控制器就能更好的适应控制系统的参数变化和 I工作条件变化。研究表明 J模糊控制和 PD控制， I

变频调速恒压供水系统由水泵、电机、变频器等多个环节所组成，系统涉及较多的参数，中部分参整个其数难以准确测定，分参数在系统运行过程中是变化部的。水泵工作特性具有很强的非线性，路水头的变管化以及电力负载及其特性的变化等都将导致水泵运行工况点的改变，而改变了系统参数¨。变频调速从恒压供水系统对水压的调节是建立在转速调节基础之上的，管网水压的变化相对于转速改变有一个较长的滞后时间，是一个典型的大时滞系统。 对于这样复杂的控制系统，常规的 PD控制器由 I 于采用固定的参数，以保证系统在任何工况条件下难始终具有最佳的控制性能。模糊控制是建立在人工经验基础之上，无需知道控制对象的数学模型，它采用语

的结合是提高控制性能的有效手段。为了有效地提高变频调速恒压供水系统的控制精度和鲁棒性，文设本计了一种参数自适应的 F z uz y—PD控制器，用模糊

I利逻辑对 PD参数进行在线调整，供水系统中的管网 I对压力进行控制。

1参数自适应 F z—PD控制器设计 uz I y

言变量来描述系统特征，依据系统的动态信息和模并糊控制规则进行推理以获得合适的控制量，具有对参数变化不敏感和鲁棒性强等特点，控制精度却不太但

本控制系统采用的参数自适应模糊控制器属于增益调整型中的基于误差驱动的模糊 PD控制器，利 I是用误差 e和误差变化 e的值进行参数调节。参数自适 应模糊 PD控制器设计的思想是先找出 PD调节器的 I I参数 K、 K与偏差 e K、。和偏差变化率 e间的模糊 之关系；在系统运行中不断地检测 e e,将它们接着和并作为控制器的输人，根据模糊控制规则对 PD的 3个 I参数进行在线调整，出模糊控制器： PD调节器设计将 I的参数 K、作为模糊控制器的输出；后根据调。K和。最整后 PD参数 K、。 K重新代人 PD公式进行运 I。K和。 I算，算结果即为控制器的最终输出，而使被控对象计从具有良好的动、态特性。静

理想。如果能实现 PD控制器的参数在线自调整， I那收稿 F期：05 0—1 t 20— 1 52 8

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1 1输入变量的模糊化 .

对系统输出特性的影响不同。三个参数的作用如下一 引：

在参数自适应模糊 PD控制的变频调速恒压供水 I系统中，模糊控制器的输入量是管道压力的变化偏差 e 和偏差变化率 e。实际运行中的管道压力的最高安全。运行值为 0 5 MP, .0 a最低压力值为 0 3 MP, .0 a正常情况下压力值为 0 4 P,力偏差 e的变化区域为 (一 . .M a压 0 10 1 M a,,) P。设定输入变量 e的模糊子集为{负大，负中，负小，,小，中，大}简记为{ B N N,零正正正， N, M, S Z P,M, B。将压力偏差 e的论域对称地映射为 O,S P P} 7个整数，量化级别为 (一， )同理也将压力偏差变 33。化率 e的论域对称地映射为 7个整数，化级别为 ( 。量一 3 3。输入变量 e e的隶属函数曲线如图 1,)和。所示。NB NS NS 1Z P O S

P M P B

NS≤擘 B 1 PB ND . N M S P Z图 4 D隶属度函数曲线 K

比例环节 K保证控制量的输出含有与系统偏差 成线性关系的分量，够快速反应系统输出偏差的变能化情况。比例环节不能彻底清除系统偏差，系统偏差随比例系数的增大而减少，比例系数过大将导致系但统不稳定。积分环节 K作用主要是用来消除的系统。的静态偏差，提高精度，改善系统的静态特性。积分作用的强弱取决于积分时间。微分环节 K。能够对输入信号的变化趋势做出反应，即它的输入与输出的大小无关，与输入量的导数成线性关系。它是用来控制但被调量的振荡，减小超调量，系统趋向稳定，使减小调节时间，用来改善系统的动态特性。 根据参数 K、。 K对系统输出特性的影响情 K和。况，以得到对于不同的偏差 e和偏差变化率 e时 .可参数的自整定原则… _】 I: 2c

图 1输人变量隶属度函数曲线

1 2输出变量的模糊化 .

模糊控制器的输出量是变化的 PD三个参数， I即 K、 - K。根据在现场的调试情况，采用传统 K和 o在 PD控制时，I I PD参数 K设为 3 ., I 0 0 K设为 5 0 K设 .,为 10时， .整个系统的运行状态较好 .在模糊控制系统。

( )当偏差 ll 1 e较大，系统处于响应阶段，为加快响应速度并防止开始时偏差 l l间变大，要取较大 瞬 e需的 K。为了防止积分饱和，取较小的超 K, 应。同时为了防止微分饱和，避免系统响应出现较大的超调，去应

的设计中，出变量的量化区域以此为基础进行设计输

。

设定输出量 K、。 K pK和。的模糊子集为{,零正小， 正 …… 此处隐藏：7889字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……