pid控制器參數(shù)

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1、基于微粒群優(yōu)化的魯棒PID控制器參數(shù)整定方法研究作　　者徐志成來　　源化工自動(dòng)化及儀表摘　　要針對(duì)復(fù)雜工業(yè)過程中存在的一類模型不確定問題,提出一種新的魯棒PID控制器參數(shù)整定方法.通過將魯棒PID控制器的參數(shù)整定問題轉(zhuǎn)化成一個(gè)max-min優(yōu)化問題,利用微粒群優(yōu)化(PSO)的協(xié)作算法對(duì)之進(jìn)行求解,能獲得某種魯棒性能指標(biāo)最優(yōu)的PID控制器.對(duì)連續(xù)攪拌反應(yīng)釜系統(tǒng)的實(shí)例仿真結(jié)果表明:與其它典型魯棒PID控制器設(shè)計(jì)方法相比,本方法得到的PID控制器具有更強(qiáng)的魯棒性和抗干擾能力,當(dāng)過程操作范圍發(fā)生大的變化時(shí),利用本方法設(shè)計(jì)的魯棒PID

2、控制器能獲得滿意的結(jié)果.基于微粒群優(yōu)化的魯棒PID控制器參數(shù)整定方法研究·0引言由于液壓伺服系統(tǒng)的固有特性(如死區(qū)、泄漏、阻尼系數(shù)的時(shí)變性及負(fù)載干擾的存在)，系統(tǒng)往往會(huì)呈現(xiàn)典型的不確定性和非線性特性。這類系統(tǒng)一般非常難精確描述控制對(duì)象的傳遞函數(shù)或狀態(tài)方程，而常規(guī)的PID控制又難以取得良好的控制效果。另外，單一的模糊控制雖不必精確的數(shù)學(xué)模型，不過卻極易在平衡點(diǎn)附近產(chǎn)生小振幅振蕩，從而使整個(gè)控制系統(tǒng)不能擁有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。本文針對(duì)這兩種控制的優(yōu)缺點(diǎn)并結(jié)合模糊控制技術(shù)，探討了液壓伺服系統(tǒng)的模糊自整定PID控制方法，同時(shí)利用MATL

3、AB軟件提供的Simulink和Fuzzy工具箱對(duì)液壓伺服調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模糊自整定PID控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并和常規(guī)PID控制進(jìn)行了比較。此外，本文還嘗試將控制系統(tǒng)通過單片機(jī)的數(shù)字化處理，并在電液伺服實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試證實(shí)：該方法能使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，操作靈活化，并可增強(qiáng)可靠性和適應(yīng)性，提高控制精度和魯棒性，特別容易實(shí)現(xiàn)非線性化控制。1模糊PID自整定控制器的設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)采集、速度顯示和速度控制等功能。其中智能模糊控制由單片機(jī)完成，并采用規(guī)則自整定PID控制算法進(jìn)行過程控制。整個(gè)系統(tǒng)的核心是模糊控制器，AT89

4、C51單片機(jī)是控制器的主體模塊。電液伺服系統(tǒng)輸出的速度信號(hào)經(jīng)傳感器和A／D轉(zhuǎn)換之后進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)則根據(jù)輸入的各種命令，并通過模糊控制算法計(jì)算控制量，然后將輸出信號(hào)通過D／A轉(zhuǎn)換送給液壓伺服系統(tǒng)，從而控制系統(tǒng)的速度。該模糊控制器的硬件框圖如圖1所示。模糊控制器的主程式包括初始化、鍵盤管理及控制模塊和顯示模塊的調(diào)用等。溫度信號(hào)的采集、標(biāo)度變換、控制算法及速度顯示等功能的實(shí)現(xiàn)可由各子程式完成。軟件的主要流程是：利用AT89C51單片機(jī)調(diào)A／D轉(zhuǎn)換、標(biāo)度轉(zhuǎn)換模塊以得到速度的反饋信號(hào)，然后根據(jù)偏差和偏差的變化率計(jì)算輸入量，再由模糊

5、PID自整定控制算法得出輸出控制量。啟動(dòng)、停止可通過鍵盤并利用外部中斷產(chǎn)生，有按鍵輸入則調(diào)用中斷服務(wù)程式。該程式的流程圖如圖2所示。2模糊控制器算法研究采用模糊PID自整定控制的目的是使控制器能夠根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki和微分系數(shù)Kd，以達(dá)到調(diào)節(jié)作用的實(shí)時(shí)最優(yōu)。該電液伺服系統(tǒng)的Fuzzy自整定PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。為了簡(jiǎn)化運(yùn)算和滿足實(shí)時(shí)性需求，即該調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本控制仍為PID控制，但使PID調(diào)節(jié)參數(shù)由模糊自整定控制器根據(jù)偏差e和偏差變化率ec進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，同時(shí)把模糊自整定控制器的模糊部分按Kp、Ki

6、和Kd分成3部分，分別由相應(yīng)的子推理器來實(shí)現(xiàn)。2.1輸入值的模糊化模糊自整定PID控制器是在fuzzy集的論域中進(jìn)行討論和計(jì)算的，因而首先要將輸入變量變換到相應(yīng)的論域，并將輸人數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成合適的語言值，也就是要對(duì)輸入量進(jìn)行模糊化。結(jié)合本液壓伺服系統(tǒng)的特性，這里選擇模糊變量的模糊集隸屬函數(shù)為正態(tài)分布，具體分布如圖4所示。根據(jù)該規(guī)則可把實(shí)際誤差e、誤差變化率ec(de／dt)對(duì)應(yīng)的語言變量E、EC表示成模糊量。E、EC的基本論域?yàn)閇-6，+6]，將其離散成13個(gè)等級(jí)即[-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4

7、，+5，+6]?？紤]到控制的精度需求，本設(shè)計(jì)將[-6，+6]分為負(fù)大[NB]、負(fù)中[NM]、負(fù)小[NS]、零[ZO]、正小[PS]、正中[PM]、正大[PB]等7個(gè)語言變量，然后由e、ec隸屬函數(shù)根據(jù)最大值法得出相應(yīng)的模糊變量。2.2模糊控制規(guī)則表的建立(1)Kp控制規(guī)則設(shè)計(jì)在PID控制器中，Kp值的選取決定于系統(tǒng)的響應(yīng)速度。增大Kp能提高響應(yīng)速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差；不過，Kp值過大會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定減小Kp能減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性，但Kp過小會(huì)減慢響應(yīng)速度，延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間。因此，調(diào)節(jié)初期應(yīng)適當(dāng)取較大的Kp值以提高響

8、應(yīng)速度，而在調(diào)節(jié)中期，Kp則取較小值，以使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)并確保一定的響應(yīng)速度；而在調(diào)節(jié)過程后期再將Kp值調(diào)到較大值來減小靜差，提高控制精度。Kp的控制規(guī)則如表1所列。(2)Ki控制規(guī)則設(shè)計(jì)在系統(tǒng)控制中，積分控制主要是用來消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。由于某些原因(如飽和非線性等)，積分過程有可能