自適應(yīng)模糊整定PID參數(shù)..講課稿.ppt

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1、自適應(yīng)模糊整定PID參數(shù)..模糊自適應(yīng)整定PID控制從系統(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，則會降低系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性變壞。9/16/20212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)

2、過程的初期會產(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的作用是改善系統(tǒng)的動態(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，對偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報。但Kd過大，會使響應(yīng)過程提前制動，從而延長調(diào)節(jié)時間，而且會降低系統(tǒng)的抗干擾能力。9/16/20213模糊自適應(yīng)整定PID控制為了設(shè)計控制器，需要用到一些方法去調(diào)整PID控制器的參數(shù)。—齊格勒-尼克爾斯法則（Z-N法則）Z-N法則有兩種實施方法，共同的目標(biāo)都是使控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)具

3、有25%的超調(diào)量。第一種方法是在對象的輸入端加一單位階躍信號，測量其輸出響應(yīng)曲線，如果被測對象中既無積分環(huán)節(jié)，又無復(fù)數(shù)主導(dǎo)極點，則相應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線可視為是S形曲線。9/16/20214模糊自適應(yīng)整定PID控制具有PID控制器的閉環(huán)系統(tǒng)9/16/20215模糊自適應(yīng)整定PID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)。9/16/20216模糊自適應(yīng)整定PID控制這種PID控制器有一個極點在坐標(biāo)原點，兩個極點都在處。故這種方法僅適用于對象的階躍響應(yīng)曲線為S形的系統(tǒng)。

4、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，此時對應(yīng)的Kp值稱為臨界增益，用Kc表示，并記下震蕩的周期Tc。9/16/20217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)9/16/20218模糊自適應(yīng)整定PID控制求得相應(yīng)的PID控制器的傳遞函數(shù)：這種PID控制器有一個極點在坐標(biāo)原點，兩個零點均位于處。故這種方法僅適用于系統(tǒng)的輸出能產(chǎn)生持

5、續(xù)震蕩的場合。9/16/20219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%（通過對許多不同對象試驗的結(jié)果），這是易于理解的，因為上述兩個表中的參數(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)整的一個起點。若要進(jìn)一步提高系統(tǒng)的動態(tài)性能，必須在此基礎(chǔ)上對相關(guān)參數(shù)做進(jìn)一步調(diào)整。9/16/202110例：用Z-N法則確定PID控制器參數(shù)由于被控對象的傳遞函數(shù)中含有積分環(huán)節(jié)，因而只能用第二種方法確定PID的

6、參數(shù)。假設(shè)，Td=0，則系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為9/16/202111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=0.35149/16/202112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9/16/202113例：用Z-N法則確定PID控制器參數(shù)可以看到，系統(tǒng)的超調(diào)量達(dá)到62%，顯然這個數(shù)太大了，為此必須對PI

7、D控制器的參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整。若保持Kp=18，把PID的雙重零點移至s=-0.65處，使其傳遞函數(shù)變?yōu)?/16/202114例：用Z-N法則確定PID控制器參數(shù)可以看到，系統(tǒng)的超調(diào)量降到18%，這說明Z-N法則是精確調(diào)整PID參數(shù)的一個起點。為了使系統(tǒng)獲得滿意的動態(tài)性能，必須在Z-N法則的基礎(chǔ)上，對PID參數(shù)作進(jìn)一步的調(diào)整，這個工作一般在計算機上進(jìn)行。9/16/202115模糊自適應(yīng)整定PID控制自適應(yīng)模糊PID控制器以誤差e和誤差變化ec作為輸入（利用模糊控制規(guī)則在線對PID參數(shù)進(jìn)行修改），以滿足不同時刻的e和ec

8、對PID參數(shù)自整定的要求。其結(jié)構(gòu)為：自適應(yīng)模糊控制器結(jié)構(gòu)9/16/202116模糊自適應(yīng)整定PID控制離散PID控制算法為：式中，k為采樣序號，T為采樣時間。PID參數(shù)模糊自整定是找出PID的3個參數(shù)kp，ki和kd與e和ec之間的模糊關(guān)系，在運行中通過不斷檢測e和ec，根據(jù)模糊控制原理來對3個參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同e和ec對控制參數(shù)的要求，從而使被控