新型PID控制及其应用(共六讲)(5)

综上所述,模糊控制器实际上就是一个微机系统。它的绝大部分功能都是由计算机程序来完成的,随着专用模糊芯片的研究和开发,也可以由硬件逐步取代各组成单元的软件功能。2.2　模糊PID控制器

在一般的模糊控制系统中,考虑到模糊控制器实现的简易性和快速性,通常采用二维模。误差E和误差变化EC为输入语句变量,因此它具有类似于常规PD控制器的作用。由线性控制理论可知,采用该类模糊控制器的系统有可能获得良好的动态特性,但无法消除静态误差。为了改善模糊控制器的稳态性能,通常在模

推理是模糊控制器中,根据输入模糊量,由

60 工业仪表与自动化装置　　　　　　　　　　　　1998年第1期

糊控制器中引入模糊积分。下面介绍两种模糊PID控制器:

2.2.1　混合型模糊PID控制器

图2—2所示模糊控制器结构是由W.L.Bialkowski于1983年提出的,它是由一个常规积分控制器和一个二维模糊控制器相并联而成的。常规PI控制器输出为ui和二维模糊控制器输出控制量uf相叠加,

作为混合型模糊PID控制器的总输出,即u=ui+uf,可使系统成为无差模糊控制系统。

2.2.2　误差e模糊积分的PID模糊控制

PID模糊控制器,如图2—3所示。它是一种对

误差e的模糊值进行积分的PID模糊控制器。

器

1988年由M.Basseville提出的又一种

图2—2　混合型模糊PID控制器

图2—3　误差e模糊积分的PID模糊控制器

3　模糊自整定PID控制器的典型结构

　　根据被控对象的性能要求,可采用不同的模糊自整定PID控制器,下面介绍4种典型结构。

3.1　运用在线辨识策略的自整定PID模糊控制器

　　控制器的结构图如图3—1所示。针对电加热炉的性能要求以及作为分布式控制系统中下位机的特点,选用在线辨识策略。为消除动态未建模特性带来的影响,在专家知识的基础上,建立起模糊推理机制,以提高控制器的鲁棒性。模糊推理部分通过对控制响应的波形进行在线监视,求出作为控制性能的指标,即上升时间,超调量和稳态误差等。根据专家经验,将这些性能指标作为If部分模糊变量,而Then部分模糊

变量为KP、KI、KD3个参数的修正值。3.2　在线实时模糊自整定PID控制器

这是另一种运用在线辨识策略的自整定PID模糊控制器所采用的控制方案,其原理如图3—2所示。图中的辨识机构是为解决PID控制参数的初值而设立的。在控制的初始阶段,采用bang-bang控制作为引导控制,辨识机构根据在该阶段得到的信息对控制对象进行辨识。在该阶段结束时,利用辨识出的模型参数整定出PID控制参数的初值,并动作控制开关,投入模糊自整定PID控制。　　模糊自整定PID是在PID算法基础上,通

α过计算当前系统误差e和误差变化率e,利用模

糊规则进行模糊推理,查询模糊矩阵表进行参数调整。

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图3—1　PID-Fuzzy

控制器结构图

图3—2　Fuzzy自整定PID控制原理图

3.3　Fuzzy-PID自动调节控制器

该控制器如图3—3所示,由标准PID控

制器和Fuzzy自动调节机构组成。

Fuzzy自动调节机构能够把被控对象在t时刻的瞬时值e

α

(t)和e(t)变成单参数因子Α(t),以便校正公式计算时使用。该调节机构是由Fuzzy

匹配器和参数化设计公式组成,其中Fuzzy匹配器是核

(t)分别变换成两个Fuzzy心部件,它把e(t)和eα变量,尔后构成Fuzzy集。

3.4　基于Fuzzy推理的自调整PID控制器

PID控制器和一个Fuzzy自调整机构组成。

Fuzzy自调整机构根据输入信号(即偏差e)的

大小、方向以及变化趋势等特征,通过Fuzzy推理作出相应决策,在线整定PID参数KP、KI、由于该Fuzzy自ID,以期获得满意的控制效果。

整定PID控制器是基于规则的,所以便有一个参数的初始化问题。图3—4中N为继电特性非线性环节,用于PID参数的预整定。当系统闭环运行后,Fuzzy自调整系统就自动地在线整定PID参数。这种结构,无论是在跟踪设定值还是抑制扰动方面,控制效果都有很大改善。

　　该控制器如图3—4所示,也是由一个标准