[发明专利]PID参数模糊自适应控制器

权利要求书

1.一种应用于工业控制中的PID参数模糊自适应控制器，包括经过改进的PID控制器(1)、临界参数检测模块(2)、PID参数计算模块(3)、模糊自调整模块(4)、模糊PID参数自适应模块(5)。其特征在于：对原PID控制器进行改进，使它增加滞环继电型开关控制(即两位控制)方式，用以使控制系统产生小幅度的临界振荡；检测模块(2)用于在系统处于两位控制状态下，获取系统临界参数；PID参数计算模块(3)运用从模块(2)获得的临界参数，计算出适合于稳定裕度要求的比例带(P)、积分(I)、微分(D)等控制参数；模糊自调整模块(4)与模糊PID参数自适应模块(5)相配合，共同完成依据偏差信号及工况的变化自动调整P、I、D参数的任务，模糊自调整模块(4)按由模块(1)送来的偏差信号及其偏差变化率的变化，借助于模糊调整规则推算出控制参数的调整系数，通过数据通信线传输到参数自适应模块(5)；参数自适应模块按输入的最小稳定裕度、适中稳定裕度、最大稳定裕度的P、I、D参数及实测运行工况信号、参数调整系数，调整P、I、D参数，经控制器(1)控制受控系统，以使系统获得理想的动静态控制品质。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：改进的PID控制器(1)是在原PID控制器(23)上，加入滞环可调的两位控制器(24)及控制模式切换开关(25)构成，控制器(24)的输出接到切换开关(25)的A端，控制器(23)的输出接到切换开关(25)的B端。

3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：检测模块(2)通过数据通信线连接到改进后的PID控制器(1)上，在检测模式下获取控制器的开关控制状态(是开还是关)及控制系统的测量值。检测模块运用这些参数检测出控制系统临界振荡的上半波时间T_MAX及下半波时间T_MIN、临界振荡的峰值V_MAX及谷值V_MIN，而计算出临界振荡的周期T及临界振荡的幅值V。

4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：PID参数计算模块(3)输入由检测模块(2)检测到的临界振荡周期(T)和幅值(V)，开关控制的滞环幅值(H)和滞环宽度(e)等两位控制器控制参数，及所要求的相角稳定裕度Q_M和幅值稳定裕度A_M，计算出在该稳定裕度下的比例带P、积分I、微分D参数。

5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：模糊自调整模块(4)包括偏差变化率处理单元(6)、偏差模糊化处理单元(7)、偏差变化率模糊化处理单元(8)、模糊调整规则推理网(9)、去模糊化处理单元(10)。由模块(1)送来的控制偏差送到模块(4)的偏差变化率处理单元(6)再送到偏差变化率模糊化处理单元(8)；由模块(1)送来的控制偏差还送到模块(4)的偏差模糊化处理处理单元(7)；偏差模糊化处理处理单元(7)及偏差变化率模糊化处理处理单元(8)，分别输出到模糊调整规则推理网(9)；推理网(9)的输出送到去模糊化处理单元(10)，其输出的模糊调整系数送到模糊PID参数自适应模块(5)。

6.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：模糊PID参数自适应模块(5)包括模糊调整系数累加单元(11)；多模最大稳定裕度比例带参数计算单元(12)、多模适中稳定裕度比例带参数计算单元(15)、多模最小稳定裕度比例带参数计算单元(18)；多模最大稳定裕度积分参数计算单元(13)、多模适中稳定裕度积分参数计算单元(16)、多模最小稳定裕度积分参数计算单元(19)；多模最大稳定裕度微分参数计算单元(14)、多模适中稳定裕度微分参数计算单元(17)、多模最小稳定裕度微分参数计算单元(20)；比例带参数综合计算单元(21)、积分参数综合计算单元(22)、微分参数综合计算单元(23)。由模块(4)送来的模糊调整系数送到模块(5)中的模糊调整系数累加单元(11)，经累加单元计算后的累加调整系数再送到比例带参数综合计算单元(21)、积分参数综合计算单元(22)、微分参数综合计算单元(23)；由模块(3)算出最小、适中、最大稳定裕度的比例带P、积分I、微分D参数分别送到模块(5)的最大、适中、最小稳定裕度各参数计算单元(12、15、18)，(13、16、19)，(14、17、20)，用数据通信线将检测到受控系统的运行工况信号分别也送到各参数计算单元(12)～(20)，各参数计算单元按当前运行的工况推算出相对不同稳定裕度的P、I、D控制参数；由比例带参数计算单元(12、15、18)算出的比例带参数分别送到比例带参数综合计算单元(21)；积分参数计算单元(13、16、19)算出的积分参数分别送到积分参数综合计算单元(22)；微分参数计算单元(14、17、20)算出的微分参数分别送到微分参数综合计算单元(23)；由比例带参数综合计算单元(21)、积分参数综合计算单元(22)、微分参数综合计算单元(23)推算出相应稳定裕度的比例带P、积分I、微分D参数送到控制器(1)的控制参数外给定端。