【数字电液调节DEH系统模糊PID控制设计案例1800字】

数字电液调节DEH系统模糊PID控制设计案例

1.1概述

传统的PID控制器原理简单，控制效果良好，控制系统具有较强的鲁棒性，在实际生产现场中被广泛使用，多被应用于对调节阀、泵等一些机械元件的控制。在现场的实际控制中，选取合适的比例系数、微分与积分时间常数，便可以获得不错的控制效果，比例、积分与微分三者之间构成既配合又制约的关系。在多次尝试下，选择理想的参数变化，控制系统由被控对象和PID控制器组成，模拟PID控制的原理图如图所示

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图1.1PID控制原理框图

PID控制器为一种线性控制器，偏差errot(t)是由输出值和设定值决定

控制规律为：

其中，比例环节是在系统偏差的基础上乘上一个系数，产生控制效果。在积分作用中，积分时间越长，积分的作用就会减弱，反之，积分时间常数减小则会加强积分效果，积分环节的作用是为了消除系统的静态偏差。微分作用的存在是为了提升系统的响应速度，对扰动很敏感。具体的实现方法是在偏差变得过大之前，引入一个信号进行修正，避免偏差变化过大。

在复杂过程控制系统中，一旦设置好控制器的Kp、Ki、Kd三个参数，就不能在线进行调整，当系统模型的某一环节或者参数发生变化，则起初设置好的控制器参数就不再是最优组合，控制效果就会变差。计算机对系统进行控制时，是通过采集离散时间偏差数据进行计算，采用的并不是连续PID算法。随后的科技发展衍生出离散方法，即数字PID控制，它继承了模拟PID的特点，并对PID算法进行了修改和改进，主要分为PID位置控制算法和增量式PID控制算法

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1.2模糊控制算法

1.2.1模糊控制原理

模糊控制是一种基于模糊逻辑、模糊语言变量和模糊集合论的一种计算机智能控制算法。图1.2表示的是模糊控制的基本原理。图中虚线框里面的部分是模糊控制器，模糊控制器借助计算机工具，根据控制规则进行推理输出。下面是模糊控制算法的具体实现过程：模糊控制器（微机）通过接受测量变送器的信号，再将该信号与前期所输入的给定值进行比较计算，得到一个误差信号，这个误差信号为模糊控制器的一个输入量，下一步进行模糊化处理操作，将误差信号的精确量转换为模糊量，从而得到了控制模糊向量e（接收到的误差信号的模糊语言集的子集的一部分）。

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基于控制规律，由此规律，所得出的模糊控制量：

其中，符号“”为合并运算。此时接收到的u依然是一个模糊量。之后模糊量u解开，能达到准确量。通过数模信号转换和模拟执行器的输入可以转换成模拟量，实现了第一次的控制对于对象，接下来逐步进入循环，直到达到最终的模糊控制效果。

图1.2模糊控制系统原理框图

1.2.2模糊控制系统的组成

模糊控制器就是一种整合控制策略，即将人工经验和正常的逻辑推理一起放到控制策略中，它的发展基础是模糊集理论。模糊化接口、推理机、知识库和解模糊接口四个部分共同组成模糊控制器

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。图1.3为模糊控制器的组成。

图1.3模糊控制器功能模块

模糊化接口直接接受的是输入信号。在后续的逻辑推理中，模糊控制规则必须对模糊控制器的输入进行处理，在之前得到模糊向量由模糊化接口转化。

根据设定的语言规则，将模糊子集划分为不同的几种表示，例如：

E={负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}={NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}

其中，字符NB是NegativeBig的缩写，同理，字符PS是PositiveSmall的缩写，其它亦是如此。

模糊控制器功能基于该领域的专业知识或各自操作员获得的长期控制经验的人类直觉推理的语言表达

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。所有的模糊控制规则通常都被保存起来以使之成为可能，在特殊情况下就会将它变为控制规则的一部分。研究模糊变量的模糊子群，从而来进行划分决定了控制规则的个数。但是，控制规则的数量变得越多，不能保证控制依据的准确性就会变得越高，系统的控制效果也与知识库有着很大的关系

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1.3模糊PID控制算法

模糊PID控制器是在经典的PID控制算法种加入了模糊控制的思想，其基本工作原理是通过专家经验先确定PID控制的三个参数之间的模糊关系，在控制过程中不断检测和然后再根据知识库中预先保存好的模糊控制规则对三个控制参数、和分别进行实时在线自动调整[42

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下面是一个非常典型的模糊自整定PID控制原理图：

图1.4模糊自整定PID控制原理图

通过采用和来设定为模糊控制器的输入变量，还决定输出变量为、、参数，设计一个双输入三输出的模糊控制器。、及、、的模糊集及论域定义如下:

,和控制参数、、的模糊集均为:{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，对应的语言值集合为:{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}。

考虑不同的偏差和偏差变化下参数、、自适应调整的基本规则如