自適應(yīng)模糊整定PID參數(shù)PPT參考幻燈片課件.ppt

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1、1模糊自適應(yīng)整定PID控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，許多被控對(duì)象受負(fù)荷變化或干擾因素影響，其對(duì)象特性參數(shù)或結(jié)構(gòu)易發(fā)生改變。自適應(yīng)控制運(yùn)用現(xiàn)代控制理論在線辨識(shí)對(duì)象特征參數(shù)，實(shí)時(shí)改變其控制策略，使控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)保持在最佳范圍內(nèi)，但其控制效果的好壞取決于辨識(shí)模型的精確度，這對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)是非常困難的。因此，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量采用的仍然是PID算法。PID參數(shù)整定方法很多，但大多數(shù)都以對(duì)象特性為基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們利用人工智能的方法將操作人員的經(jīng)驗(yàn)作為知識(shí)存入計(jì)算機(jī)中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，計(jì)算機(jī)能自動(dòng)調(diào)整PID參數(shù)，這樣就出現(xiàn)了專家PID控制器。2模糊自適應(yīng)整定PID控制該控制器把古典的PI

2、D控制與先進(jìn)的專家系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳控制。這種控制方法必須精確地確定對(duì)象模型，將操作人員（專家）長(zhǎng)期實(shí)踐積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)用控制規(guī)則模型化，并運(yùn)用推理對(duì)PID參數(shù)實(shí)現(xiàn)最佳調(diào)整。由于操作者經(jīng)驗(yàn)不易精確描述，控制過程中各種信號(hào)量及評(píng)價(jià)指標(biāo)不易定量表示，專家PID方法受到局限。模糊理論是解決這一問題的有效途徑，所以人們運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的基本理論和方法，把規(guī)則的條件、操作用模糊集表示，并把這些模糊規(guī)則及有關(guān)信息（如評(píng)價(jià)指標(biāo)、初始PID參數(shù)）作為知識(shí)存入計(jì)算機(jī)知識(shí)庫中，然后計(jì)算機(jī)根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)情況（即專家系統(tǒng)的輸入條件），運(yùn)用模糊推理，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)PID參數(shù)的最佳調(diào)整。3模糊自適應(yīng)整定PID控

3、制從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面考慮，Kp、Ki、Kd的作用如下：①比例系數(shù)Kp的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。Kp越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。Kp越小，則會(huì)降低系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性變壞。4模糊自適應(yīng)整定PID控制②積分作用系數(shù)Ki的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。Ki越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但Ki過大，在響應(yīng)過程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)。若Ki過小，將使系統(tǒng)靜態(tài)誤差難以消除，從而影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。③微分作用系數(shù)Kd的作用

4、是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，其作用主要是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化，對(duì)偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。但Kd過大，會(huì)使響應(yīng)過程提前制動(dòng)，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，而且會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾能力。5模糊自適應(yīng)整定PID控制為了設(shè)計(jì)控制器，需要用到一些方法去調(diào)整PID控制器的參數(shù)?！R格勒-尼克爾斯法則（Z-N法則）Z-N法則有兩種實(shí)施方法，共同的目標(biāo)都是使控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)具有25%的超調(diào)量。第一種方法是在對(duì)象的輸入端加一單位階躍信號(hào)，測(cè)量其輸出響應(yīng)曲線，如果被測(cè)對(duì)象中既無積分環(huán)節(jié)，又無復(fù)數(shù)主導(dǎo)極點(diǎn)，則相應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線可視為是S形曲線。6模糊自適應(yīng)整定PID控制具有PID控制器的閉環(huán)系統(tǒng)7模糊自適應(yīng)整定PI

5、D控制齊格勒和尼克爾斯給出了上表的公式，用以確定Kp、Ki和Kd，據(jù)此得出PID控制器的傳遞函數(shù)。8模糊自適應(yīng)整定PID控制這種PID控制器有一個(gè)極點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)，兩個(gè)極點(diǎn)都在處。故這種方法僅適用于對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線為S形的系統(tǒng)。第二種方法是先假設(shè)，Td=0，即只有比例控制Kp。具體方法是：將比例系數(shù)Kp值由零逐漸增大到系統(tǒng)的輸出首次呈現(xiàn)持續(xù)的等幅震蕩，此時(shí)對(duì)應(yīng)的Kp值稱為臨界增益，用Kc表示，并記下震蕩的周期Tc。9模糊自適應(yīng)整定PID控制齊格勒和尼克爾斯給出了左表的公式，用以確定Kp、Ki和Kd，據(jù)此得出PID控制器的傳遞函數(shù)。具有比例控制器的閉環(huán)系統(tǒng)10模糊自適應(yīng)整定PID控制求得相應(yīng)

6、的PID控制器的傳遞函數(shù)：這種PID控制器有一個(gè)極點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)，兩個(gè)零點(diǎn)均位于處。故這種方法僅適用于系統(tǒng)的輸出能產(chǎn)生持續(xù)震蕩的場(chǎng)合。11模糊自適應(yīng)整定PID控制必須指出，用上述法則確定PID控制器的參數(shù)，使系統(tǒng)的超調(diào)量在10%~60%之間，其平均值約為25%（通過對(duì)許多不同對(duì)象試驗(yàn)的結(jié)果），這是易于理解的，因?yàn)樯鲜鰞蓚€(gè)表中的參數(shù)值也是在平均值的基礎(chǔ)上得到的。由此可知，齊格勒-尼克爾斯法則僅是PID控制器參數(shù)調(diào)整的一個(gè)起點(diǎn)。若要進(jìn)一步提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，必須在此基礎(chǔ)上對(duì)相關(guān)參數(shù)做進(jìn)一步調(diào)整。12例：用Z-N法則確定PID控制器參數(shù)由于被控對(duì)象的傳遞函數(shù)中含有積分環(huán)節(jié)，因而只能用第二種方法確定

7、PID的參數(shù)。假設(shè)，Td=0，則系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為13例：用Z-N法則確定PID控制器參數(shù)則閉環(huán)特征方程為令s=jw代入上式，并根據(jù)Re和Im分別為零，得到K=Kc=30，，s。根據(jù)Kc和Tc的值，利用表二，得到Kp=0.6Kc=18Ti=0.5Tc=1.405Td=0.125Tc=0.351414例：用Z-N法則確定PID控制器參數(shù)因而所求PID控制的傳遞函數(shù)為15例：用Z-N法則確定PID控制器參數(shù)可以看到，系統(tǒng)的