简化的模糊PID控制器研究简化的模糊PID控制器研究王子谦,等简化的模糊PID控制器研究StudyontheSimplifiedFuzzy—PIDController互手撩铸履中2(天津市环境保护科学研究院,天津300191;天津大学化工学院工业结晶研究开发中心,天津3ooo72)摘要:为了克服常规PID控制器的缺点.提出了一种简化的模糊PID控制策略.首先利用扩充临界比例带法将PID公式简化为只有一个控制参数,然后通过模糊控制规则和模糊推理确定一张模糊控制表.在实时控制中通过查询模糊控制表,在线调节参数和,可以提高PID控制算法的适应性和鲁棒性.对比仿真试验的结果表明,简化的模糊PID控制器的控制性能明显优于常规PID控制器.关键词:控制器自适应鲁棒性中国分类号:TP237+4文献标识码:AAbstract:InordertOovercometheshortcomingsofconventionalPIDcontroller.asimplifiedfuzzyPIDcontrollerisproposed.First.thePIDfor-mulawassimplifiedtooneparameterbyadoptingexpandedcriticalproportionalband.thenafuzzycontroltablewagdesignedbyusingfuzzycontrolruleandfuzzyinferencetheory.Throughadjustingtheparameteronlinewithqueryingthefuzzycontroltable.flexibilityandrobustnessofthePIDcontrolalgorithmcanbeenhanced.Incomparisonwithsimulationexperiments.theresultsshowthattheperformanceofthesimplifiedfuzzyP1DcontrollerisbetterthanthatoftheconventionalPIDcontrollerKeywords:ControllerSelf-adaptiveRobustness0引言在工程上,因为PID控制具有结构简单,能满足大量工业过程的要求,鲁棒性较强等特点,所以仍然是应用最广泛的控制算法.但常规PID控制器单纯依靠一组离线整定的PID控制参数,不具有在线自调整功能,在工况发生变化时就难以获得满意的控制效果.为了克服常规PID调节器的不足,提高其性能,人们进行了广泛的研究,提出了许多PID的自适应调整方案,其中采用模糊技术与PID结合构成模糊PID是常用的控制方法之一,其基本原理是在普通PID控制器的基础上加一个模糊控制环节,根据系统的实时状态在线分别调节PID的3个参数.这种方法模糊推理规则过于复杂,所表达的专家经验知识往往是粗略和不全面的.本文将提出一种简化的模糊PID控制策略,控制算法首先利用扩充临界比例带法H将PID公式简化为只有一个控制参数,然后通过模糊控制规则和模糊推理确定一张模糊控制表,在实时控制中通过对模糊控制表的查询在线调节,从而使PID控制算法具有在线自适应功能,克服了被控过程变化对控制效果的影响.=[(+鲁+鲁)一(+2鲁)×e(一1)+e(一2)I(1)扩充临界比例带法是一种基于系统临界振荡参数的闭环整定法,用来整定离散PID算式中的(采样周期),,和7TD.具体整定步骤如下:①选择一个足够短的采样周期一般说,710应小于对象纯迟延时间7的1/10;②令控制系统为纯比例控制,逐渐加大比例增益K,使系统出现等幅振荡.此时的比例增益为临界比例增益,振荡周期称为I临界振荡周期;③选择控制度.控制度以模拟调节器为基础,定量衡量DDC(直接数字控制)与模拟调节器对同一对象的控制效果.控制效果的评价函数通常采用误差平方积分(/SE=e(t)dt),则埘1minfe(t)dtl控制度=——_——÷【minJ.e()dtJ(2)min(俗E)DDc1利用扩充临界比例带法简化咖公式式中:下标..c和AmNAin(分IS别E)表A~4示A直接数字控制和模离散PID控制的增量形式为拟调节器控制.4PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONVo1.27No.4April2006简化的模糊PID控制器研究王子谦.等DDC系统的控制品质要低于模拟系统的控制品质,即控制度总是大于1,且控制度越大,相应的DDC系统控制品质越差.从提高DDC系统控制品质出发,控制度可选得小些,但就系统的稳定性看,控制度宜选大些:④根据选定的控制度,查表1并计算,K,和的值;⑤按求得的参数值在DDC系统中运行,并观察控制效果.如果系统稳定性差(表现为振荡现象),可适当加大控制度,重复步骤④,直到获得满意的控制效果表1扩充临界比例带法PID参数计算公式Tab.1FormulaforcalculatingparametersoftheexpandedproportionalbandPID把表1中的PID参数代入式(1),可得到不同的PID简化公式.例如,根据表1中控制度为1.05的PID参数计算公式,有=0.14,=0.49,=0.14To,代入式(1)可得Au(k)=l2.286e(...