PDF《中国科技论文在线》

瓦 为采样周期.为适于稳态无静差控制,将参数整定为强PI作用. 在模糊控制中,模糊控制策略表是根据对实际工业过程控 制操作、观察的经验形成的【31,所以对不同特性的被控对象有 不同的控制规则.模糊PID自调整控制强调体现模糊控制的动 态响应特性,所以需要设计一组具有较好动态响应的控制规 贝ljt4,5].本设计主要针对温度控制,由控制规则计算得到的模糊 控制决策表如图2所示. 图2直观地显示了控制作用随偏差e,偏差变化率血变 化时控制输出变化量池的分布情况.模糊决策表对控制效果 有很大影响,在具体编程时,e、de、du所对应的比例因子疋、 &.、磁.的调整至关重要,比例因子直接影响控制决策表对输 出控制量语言值的确定,所以直接影响控制效果. http://www.paper.edu.cn 中国科技论文在线 可组态模糊PID自调整控制器设计 ・35・ 图2 模糊控制决策表三维图示 若比例因子疋增大,缩小了决策表对误差的论域,则决策 表对误差的变化量变得敏感:若比例因子如增大,则决策表 对误差的变化率变得敏感;

若比例因子甄.增大,则控制增量 的幅度变大. 实验表明,比例因子对系统性能的影响情况如下:①琏 增大时,静态误差减小,上升时间变短,超调增大,严重时, 产生振荡;

②玩增大时,上升时问变长,超调减小,反应相 对迟缓:③岛.增大时,响应快,超调变大,振荡变剧烈. 在控制的不同阶段,对比例因子做适当的调整,可改变控 制品质.其中,启动阶段是过程动态响应的关键阶段,为使系 统响应加快,应增大比例因子丘和肠.,当系统接近稳态时, 为使系统不致于超调过大,增大比例因子托.,减小肠..模糊 控制比例因子的调整用模糊条件语句实现. 实验过程中先对PID及模糊控制单独参数整定,直到达到 预期的控制效果,再设定模糊到PID、PID到模糊的转换条件, 将控制方式设置为模糊PID方式,直到确定出合适的切换参数. 1.3 模糊PID自调整控制中控制作用的切换 模糊PID自调整控制算法实现的关键在于如下几个方面: Q)Fuzzy―PID动态切换条件的确定;

②PID―Fuzzy动态切换条件的确定: ③系统是否能满足所设置的切换条件. 作者用模糊PID自调整控制对模拟被控对象进行了控制实 验,其中被控对象的传递函数为 G(S)=I/(RCS+I)"tl=1,2,3 (2) 分析控制的阶跃响应曲线,可得出如下结论:Fuzzy和PID 切换点的确定不能单纯依靠偏差的大小来决定,还应考虑偏差 的变化率和控制输出的变化率.所以,Fuzzy和PID控制策略 的动态切换应依据3种信息:e、de、du/dt. 图3是模糊PID自调整控制中模糊控制与PID控制的切换 过程示意(图3和图4是用X-Y记录仪在坐标纸上记录出来的 输出响应曲线).在偏差较大的阶段,控制方法自动设置为 Fuzzy方式,当偏差e、偏差的微分出和控制输出量变化率du/dt 满足一定的条件时,控制方法切换为PID.图3中,一点为Fuzzy 到PID的切换点,邢'为Fuzzy向PID切换时偏差应达到的数 值.当系统受到扰动时(召点为扰动注入点),过程值向偏差变 大的方向发展,当偏差达到PID向Fuzzy切换的偏差值时(偏 差值为P孙粥'),控制策略转换为Fuzzy,当Fuzzy对系统作用, 使过程值达到Fuzzy向PID切换的条件时,控制策略又转换为 PID(D点). 图3模糊PID自调整条件 1.4可组态特性实现 在嵌入式控制器的设计中,为满足用户对控制策略的灵活 选择和各功能模块的调整,控制器的软件设计采用可组态化设 计方法,为控制算法模块、数据采集模块、输出执行模块、通 信模块、人机接口模块、报警模块和故障自诊断模块设置了标 准的IO和缓冲数据结构,它们之间的连接关系和参数传递通 过组态连接表用指针实现,控制器的微处理器采用80C196, 编译器采用PL/M96. 2控制效果 将上述模糊PID自调整控制以及标准PID、死区控制PID、 积分分离PID、测量值微分PID、标准Fuzzy控制、比例因子 在线自调整Fuzzy控制策略在控制器中加以实现,用各种控制 方法对相同对象进行控制,比较其控制效果,得到如下结果: ①与标准PID比较,模糊PID自调整控制响应速度快,调 节时间短,对对象参数变化不敏感,注入扰动后,恢复快. ②在标准模糊控制中,由于控制规则的条数以及每一个模 糊语言值辞义的等级分度有限,经模糊关系运算得出的控制决 策表只能得到有限的控制等级,是一种粗糙的控制方法,所以 稳态误差难以克服. ③与各种改进的PID控制算法比较,模糊PID自调整控制 的优势在于其鲁棒性及参数整定的方便性.对于被控对象在同 一种参数的情况下,改进的PID控制的参数精心整定后,在接 近稳态时,控制效果与模糊PID相似,但模糊PID比改进的 PID控制鲁棒性强,超调小,受扰动后恢复快. ‰./V sP 2.O I '》 ,、L ./ 爿、, -| .l T|s ,- L 图4模糊PID控制实验曲线 对模拟被控对象的一组输出响应曲线如图4所示.其中, 被控对象时间常数r-4.7 S,控制器设置的控制时间为1.0 S,PID 控制部分参数:P铲96,TFl00,z乒30,Ka=30;