基于PLC的模糊PID控制器设计

1、第5卷第2期华北科技学院学报2008年4月基于PLC的模糊PID控制器设计黄轶,徐少川2(11华北科技学院电子信息工程系,北京东燕郊101601;21辽宁科技大学电信学院,辽宁鞍山114044)摘要:将模糊控制器和常规PI控制器结合起来,选取合适的隶属度函数和制定出模糊控制规则,分析输入变量的量化因子、输出变量的比例因子在模糊控制系统中对系统性能的影响。将常规PI控制、模糊PI控制通过THJ22控制实验装置进行实际的液位控制实验,并用MCGS对系统进行监控。实验结果表明,采用模糊PID控制的水箱液位,较常规PI控制其响应速度快,且较快地达到稳态,从而改善系统的性能。关键词:模糊控制;PLC;液

2、位中图分类号:TD273+14文献标识码:A文章编号:1672-7169(2008)02-0057-03在液位控制系统中用常规PID或PI控制器来控制时,其效果不理想,系统响应的调节时间较长。为了克服常规PID控制的不足,设计中在常规PI控制器的基础上加上一个模糊调节环节,构成模糊在线整定PI参数。模糊PI控制器既具有模糊控制灵活而适应性强的优点,又具有常规PI控制精度高的特点,设计中选用T1采用,用MCGS1化率ec作为输入量,Kp,Ti为输出量,在线调整PI控制器参数。K1、K2量化因子,K3、K4为比例因子。模糊PI控制器由常规PI控制部分和模糊控制器两部分组成。e和ec,输出KpTiP

3、i,I:Kpp=p+TiTi=Ti+Ti为模糊控制器的2个输出。(1)(2)式中KTp、i为初始设定的PI参数,而Kp、1模糊在线整定PI控制器参数原理及设计如图1所示,模糊控制器其以偏差e和偏差变图1模糊在线整定PI控制器参数系统框图111模糊PI控制器输入及输出模糊化设计模糊控制器的输入量为液位高度误差和误差变化量,输出变量为控制量的增量Kp,Ti。取误差和误差变化量的语言值为:负大,收稿日期:2008-03-13作者简介:黄轶(1973-),女,辽宁鞍山人,硕士,华北科技学院电子信息工程系讲师。57© 1994-2009 China Academic Journal Elect

4、ronic Publishing House. All rights reserved. 第5卷第2期华北科技学院学报2008年4月零,正大并记为:NB,ZO,PB,取e,ec,的论域-1,1。同样,选择Kp,Ti变化量的语言值为:负大,负小,零,正小,正大,记为:NB,NS,ZO,PS,PB取Kp,Ti的论域-2,2。112模糊控制规则的建立2软件设计211模糊算法的PLC实现一般来说,当偏差比较大的时候,希望系统调节参数中对控制上升时间占优的参数处于主导地位;当偏差比较小的时候,调节超调量的控制参数占有优势。模糊规则见表1和表2,得到模糊关系矩阵表3,表4。表1的模糊控制规则表Kpece模

5、糊算法是用PLC子程序实现的,方法如下:”1)模糊化子程序:是用于一个“型或半个”“型的模糊子集的隶属度计算。程序先是求出“输入现值”与“标志值形参"的差(差存于vd170中),并相应判断哪个值大。然后,把这个“差”被“上半范围”或“下半范围除”,其“商”仍存于vd170中。最后,用1去减这个“商”。其结NBPBPSZOZOPSZONSPBPSNSNBNBZOPB果存于“入模糊子集形参”中。这就是所求的隶属度。2)模糊推理子程序:每次调用它之前,先对“模糊关系指针”及“”赋值,即指明。这种,是较。这里调用了5次子程序,因为这个矩阵有5列。3)解模糊化子程序:解模糊子程序的任务是根据各

6、输出模糊子集的隶属度,确定相应的控制输出。解模糊采用最大隶属度法。用多个比较指令,把模糊子集对应的输出值存在地址中。212软件组态MCGS设计Ti表2KpeceZOZOPSNBNBPSZOZOZPBKp的模糊关系表表300110110012018001210110110110110121011012013011012101201201201201201101310111012011101201110180110180120110180120软件设计是使用MCGS组态软件完成的,在运行界面上,数据显示界面和部分控制界面,负责模糊控制器和常规PI控制器的参数设定和过程值显示。实时曲线框,该界面负责

7、对液位控制系统负责实时监控,用来反映液位响应效果。3实验结果及分析基于PLC实现的模糊在线整定PI控制算法,并用组态软件MCGS对过程控制系统水箱液位控制监控时实曲线,得到水箱液位阶跃响应曲线,如图2、图3所示。Ti的模糊关系表表4001101101201201801801201101101101101201201110120012110120120120120120111012011110110110110110180120110120180110110110114结论基于PLC实现的模糊在线整定PI控制算法结合了模糊控制和PID控制的优点,反应动作快,稳态误差小,收到了良好的控制效果。58

8、© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第2期黄轶等:基于PLC的模糊PID控制器设计参考文献:1王磊,王为民.模糊控制理论及应用M.北京:国防工业出版社,1997,192292P.B.Deshpande,Improvequalitycontrolon2linewithPIDcontrollers,ChemicalEngineeringProgress,19913李敏远,都延丽,姜海鹏.智能自整定PID在药剂温度控制系统中的应用J.控制理论与应用,2003

9、,20(5):8052808图2常规PID控制响应曲线4钱艳平,李奇,魏海坤,等.基于模糊与PID混合算法的制浆蒸煮过程控制J.信息与控制,2003,32(2):1722175图3模糊PIDgnFuzzy2PIDControllerBasedonPLCHUANGYi,XUShaochuan12(11DepartmentofElectronicandEngineering,NorthChinaInstituteofScienceAndTechnology,YanjiaoBeijing2East101601;21InstituteofElectronicandEngineering,Liaonin

10、gUniversityofScienceandTechnology,AnshanLiaoning114044)Abstract:Inthisdesign,combiningfuzzycontrollerwithPIDcontrollertoChoosesuitablemembershipfunctionandthefuzzycontrolrule,andanalyzetheaffecttothesystem,whichisbringbyquantumgeneofinput2variableandproportiongeneofoutput2variable.Finally,thegeneralPIDcontrollerandfuzzyPIDcontrollerareusedinliquid2levelcontrolexperimentbythecontrolex2perimentequipmentofTHJ22,andmonitoringthecontrolsystembyMCGS.Theresultsshowthatfuzzy2PIDcontrollerhasquic2kerresponseandquickertogetsteadys