基于S函數(shù)實現(xiàn)的參數(shù)自整定模糊PID控制器-論文.pdf

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1、第35卷第4期華北水利水電大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vo1．35No．42014年8月JournalofNorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower(NaturalScienceEdition)Aug．2014DOI：10．3969／j．issn．1002—5634．2014．04．016基于S函數(shù)實現(xiàn)的參數(shù)自整定模糊PID控制器魯改鳳，盧東偉，孟波，王佳，鞠陽(華北水利水電大學(xué)，河南鄭州450045)摘要：為使大時間延遲系統(tǒng)的控制性能得到改善，利用SIMULINK工具箱和s函數(shù)構(gòu)造模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖并進(jìn)行仿真，通

2、過編寫s函數(shù)，將MATLAB和SIMULINK結(jié)合起來，實現(xiàn)參數(shù)自調(diào)整的復(fù)雜模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計和高效仿真．將該控制器運(yùn)用到隧道窯溫度控制系統(tǒng)中，并取得了良好的控制效果．關(guān)鍵詞：S函數(shù)；模糊自整定；MATLAB仿真中圖分類號：TM315文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1002—5634(2014)04—0068—04自計算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以來，尤其是數(shù)字計算大提高¨．機(jī)取代模擬計算機(jī)調(diào)節(jié)器成為計算機(jī)控制系統(tǒng)的主1參數(shù)自整定模糊PID控制系統(tǒng)的結(jié)要部分以來，不僅實現(xiàn)了軟件的PID控制算法，而且構(gòu)設(shè)計可以采用計算機(jī)本身自有的邏輯功能，使數(shù)字PID控制技術(shù)的應(yīng)用更加靈活，更加有實用價值．?dāng)?shù)字

3、1．1參數(shù)自整定模糊PID控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)PID控制技術(shù)是日常生產(chǎn)過程中比較普遍采用的一參數(shù)自整定模糊PID控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由2種基本的控制算法，其控制系統(tǒng)在機(jī)電、冶金、機(jī)械、部分組成：一是參數(shù)可變的PID控制器，二是模糊控化工等行業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用．?dāng)?shù)字式計算機(jī)技制系統(tǒng)．其結(jié)構(gòu)如圖1所示．術(shù)結(jié)合先進(jìn)的智能控制理論，二者的綜合發(fā)展為復(fù)雜動態(tài)不確定系統(tǒng)的控制提供了一種新的解決途徑．利用先進(jìn)的數(shù)字智能控制技術(shù)，不僅可以設(shè)計出先進(jìn)的智能PID控制，而且可以對PID的參數(shù)進(jìn)行智能整定．自整定的模糊PID參數(shù)控制系統(tǒng)能在控制過程中對不確定的條件、參數(shù)、延遲和干擾等因素圖1自整定模糊

4、PID參數(shù)控制系統(tǒng)框圖進(jìn)行在線的檢測后進(jìn)行確定性的分析，采用模糊推理的方法實現(xiàn)PID參數(shù)K，，和的在線自整定．誤差e和誤差的變化率de／dt送人模糊控制器，此方法不僅保持了一般PID控制系統(tǒng)對PID控制參經(jīng)過模糊化及模糊運(yùn)算，得到輸出的模糊控制變量，數(shù)調(diào)節(jié)簡單、使用方便、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點，而且具有再通過解模糊，得到PID控制器的3個控制參數(shù)K，比較大的調(diào)節(jié)靈活性以及適應(yīng)性，對控制系統(tǒng)中各，，。，這3個參數(shù)再輸入到PID控制器中，然后再參數(shù)的控制精度比較好，是目前較常采用的一種比應(yīng)用于控制對象．較先進(jìn)的控制系統(tǒng)．應(yīng)用模糊集合理論建立控制器參數(shù)，，，利用MATLAB方法對模糊自整

5、定的PID控制與系統(tǒng)誤差絕對值e和誤差變化率絕對值de／dt之系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行數(shù)字仿真，可快速方便地實現(xiàn)多種間的二元連續(xù)函數(shù)關(guān)系，通過模糊控制器根據(jù)不同控制規(guī)則，控制參數(shù)精度高，使模糊自整定的PID控的e和d~／dt在線自整定來確定PID的3個參數(shù)．以制系統(tǒng)的參數(shù)控制效率以及準(zhǔn)確性得到大滿足不同e和de／dt對控制參數(shù)的不同要求，從而使收稿日期：2014—01—12作者簡介：魯改鳳(1963一)，女，河南宜陽人，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事電力系統(tǒng)安全運(yùn)行與保護(hù)方面的研究第35卷第4期魯改風(fēng)，等：基于s函數(shù)實現(xiàn)的參數(shù)自整定模糊PID控制器69被控對象達(dá)到良好的性能要求．基本論域

6、為[一m，m]，則誤差比例系數(shù)C和誤差變1．2PID參數(shù)整定原則化比例系數(shù)C可由下列公式?jīng)Q定：常規(guī)PID控制算法的離散形式為：C=n／ep，17,≤e≤。；PkC=m／e，m≤e≤e．u(k)=Kpe(k)+∑e(j)+[e()一e(一1)]，j’—=’0參數(shù)可變PID控制器的結(jié)構(gòu)如圖2所示．式中：jc為采樣序號，k=1，2，?；u(k)為第k次采樣時刻控制器的輸出值；e(后)為第k次采樣時刻的輸入偏差值；e(k一1)為第k一1次采樣時刻的輸入偏差值；，為積分系數(shù)，K，=K，；為微分系數(shù)，KD=KPTo／T．1)當(dāng)e的絕對值較大時，若使PID控制系統(tǒng)具有較良好的跟蹤性能，這

7、時取較大的，以及較小的，同時為避免控制系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)超調(diào)大，這時圖2參數(shù)可變PID控制器結(jié)構(gòu)圖應(yīng)對積分的控制作用加以限制，通常取K，：0．2)當(dāng)e的絕對值處于中問大小時，為使控制系2大時間延遲系統(tǒng)的參數(shù)自整定模統(tǒng)響應(yīng)超調(diào)較小，此時的值應(yīng)取較小值．在此種糊PID控制仿真情形下，控制系統(tǒng)中的值響應(yīng)較大，，的取值應(yīng)該次仿真的大時間延遲系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為適當(dāng)．exp(一200S)x3／(70005+1)，該系統(tǒng)為帶有純滯3)當(dāng)e的絕對值較小時，為了使當(dāng)前控制系統(tǒng)有后的一階慣性環(huán)節(jié)．比較良好的穩(wěn)定性，和，均應(yīng)取大值，同時為避免先