【《驻车发电柴油机调速系统模糊PID-Smith控制原理分析》1800字】

驻车发电柴油机调速系统模糊PID-Smith控制原理分析目录TOC\o"1-3"\h\u21821驻车发电柴油机调速系统模糊PID-Smith控制原理分析 1226241.1模糊PID控制原理 1145631.2模糊PID控制结构 158261.3量化因子和模糊量的确定 218861.4隶属度函数与模糊规则的建立 3157581.5Smith预估控制原理 3在线性系统中，PID控制效果良好，但是非常依赖一个精确的模型。在现代控制中，为了满足实际工业生产的控制需求，可以将两种或多种控制方法结合起来，发挥各自的优点实现两种控制的互补，更好的满足控制要求，提高控制系统的精度。1.1模糊PID控制原理柴油机非线性系统内部结构复杂，在变化工况下需要进行实时在线更新控制参数以满足系统要求。传统的PID控制器无法进行参数的不断更新，模糊控制刚好可以实现此功能。图1.2为模糊控制器的组成。根据系统控制要求，设置两个输入变量分别是输入误差、误差变化率，设置三个输出变量分别是PID三个控制参数、、。输入变量体现了系统的静态和动态性能，输出变量可以实现控制参数、、的在线更新，达到控制要求[56]。图1.2模糊控制器的组成Figure1.2Systemstructureoffuzzycontroller1.2模糊PID控制结构模糊PID控制器的组成如下。图1.3模糊PID控制器的组成Figure1.3FuzzyPIDcontrollerstructure图1.3可以看出，模糊PID的工作方式为，首先将输入变量模糊化，然后根据模糊化模型进行推理，再进行反模糊化输出得到三个输出变量。在此过程中，基本论域设置为，即输入量与实际值的差值在这个区间内，由此可得差值的变化率在，差值的模糊集论域为。综上量化因子为：（3-1）本文中对于调速系统的控制，我们采用双变量控制，两个变量为输入差值及其变化率，通过解模糊化处理，依次输出PID三个控制参数的变化率。1.3量化因子和模糊量的确定（1）系统的两个输入变量分别为输入误差和误差变化率，基本论域分别为：、，输出变量、、基本论域是，综上可得量化因子与比例因子为：（3-2）式中：n—最大值；m—最大值；，，的最大值为1。（2）本文采用七种不同等级划分基本论域，同时运用加权平均法进行解模糊处理。1.4隶属度函数与模糊规则的建立本文选择的输入变量、和输出变量，，基本论域的七个不同等级分别为。在柴油机调速系统中根据本文的控制要求可选择多种隶属度函数进行计算。模糊规则表的建立是在线调整PID控制器的三个参数的依据。定义模糊规则整定如下：定义输入量误差=给定值-输出值，为的变化率，当输入变量与同正负时，偏离，当输入变量与正负值相反时，趋近。（1）当>0，<0时：输入误差的绝对值比较大，由上述规则可知，此时靠近，应取较大以便缩短消除误差的时间。当超出一定值，积分饱和现象出现的机率更大，后果是更容易产生大超调与震荡。为了减小影响，必须令系统稳定，采取的方法是增大。为了减小误差带来的影响即微分饱和现象，可以采取适当的措施如适当减小的值。（2）当<0，<0时：输入误差的绝对值与上一阶段相比，明显减小，偏差变化率减小，由上述规则可知，此时偏离，为达到控制要求，应取偏大的值，同时和需不断地调整，观察不同的控制效果。在此阶段，超调量减少，同时稳态和动态性能偏好。（3）当<0，>0时：输入误差与输入误差变化率绝对值均偏小，由上述规则可知，趋近，此时应取偏大的值，同时与需不断地调整，观察不同的控制效果。（4）当>0，>0时：输入误差绝对值较小，此时偏离，由上述规则可知，为达到控制要求，应取偏小的值，同时取偏大的值。（5）当第二次>0，<0时：输入误差较小，趋近，为了达到控制要求，减少稳定时间，应取偏小的与值。应用此方法建立模糊规则表可以有效地提升系统的稳定性能，同时在电气参数随工况变化情况下，引起的震荡与大超调问题可以有效改善。1.5Smith预估控制原理柴油发电机系统作为能量传输的一种方式，受动力学、电磁等影响，柴油机调速系统的被控对象往往具有较强的滞后特性，其滞后形式为。在实际运行中，受滞后特性影响，柴油发电系统的电器参数不断变化，高精度控制在此系统中的应用难度增大，Smith控制以其较强的反滞后特性而被应用于此系统中。图1.4具有滞后特性的反馈系统Figure1.4Feedbacksystemwithhysteresis在如图1.4所示的具有纯滞后特性的单闭环回路系统中，为控制器的传递函数，为被控对象的传递函数，为纯滞后特性部分的传递函数。那么系统闭环传递函数为：（3-3）由式(3-3)所示，由于影响系统的稳定性的滞后环节处于系统闭环传递函数的分母，当达到一定值时，会严重降低系统的控制质量，为增强系统的稳定性，如图1.5所示，引入作为补偿器并联到被控对象的传递函数中。图1.5Smith预估反馈系统Figure1.5Smithpredictivefeedbacksystem由图1.5可知，并联补偿器后的控制系统闭环传递函数为：（3-4）要求：（3-5）Smith补偿器的传递函数为：（3-6）如图1.6所示，将Smith预估补偿器