[发明专利]一种模糊PID控制器的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于自动化设计技术领域，尤其涉及一种模糊PID控制器的设计方法。

背景技术

众所周知，传统的PID调节器是工业生产过程中应用最广泛、最基本的一种调节器，它具有算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点，PID调节规律对相当多的工业控制对象，尤其对可建立精确数学模型的确定性的控制系统的控制是非常有效的，但对于那些具有非线性、时变不确定性的控制对象，应用传统的PID调节器就难以实现有效的控制，模糊控制器是一种近年来发展起来的新型控制器，其优点是不要求掌握被控对象的精确数学模型，而根据人工规则组织决策表，然且由该表决定控制量的大小，模糊控制或模糊自动控制系统是以模糊数学，即模糊集合论、模糊语言知识表示及模糊逻辑规则等作为理论基础；以计算机控制技术、自动控制理论作为技术基础的自动控制系统。

目前，常规的PID调节器已被广泛地应用于工业控制系统，并取得较好的控制效果，而且通过调节PID控制器参数K_p、K_I、K_D，使其可以应用于各种不同的对象，成为一种较为通用的调节器，但由于被控参数具有时变、非线性、不确定等因素，常规PID控制器不具有在线整定参数K_p、K_I、K_D的功能，致使其不能满足系统在不同偏差e及Δe对PID参数在自整定要求，从而影响了其控制效果的进一步提高，另外，即使是采用了各种最优化算法校正PID的参数，由于最优化方法的参数求解过程较为复杂，需要一个完整的过程后才能找到满足目标函数的最优参数，且校正后参数被固定下来，无法有效控制参数变化的过程，而模糊控制器是一种近年来发展起来的新型控制器，它的响应特性优于普通PID控制，并且具有较好的鲁棒性，特别对非线性和时变性的被控对象，可获得较满意的控制效果。另一方面，模糊控制是以系统误差e和误差变化ec为输入语句变量，因此它具有类似于常规PID控制器的作用，采用该类模糊控制器的系统有可能获得良好的动态特性，而静态特性不能令人满意。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种模糊PID控制器的设计方法，旨在解决常规PID控制器存在的不具有在线整定参数K_p、K_I、K_D的功能，求解过程较为复杂，无法有效控制参数变化的过程的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种模糊PID控制器的设计方法，所述模糊PID控制器的设计方法包括以下步骤：

输入量偏差e、偏差变化ec的模糊化；

参数整定规则的确定及模糊推理；

建立模糊控制表。

进一步、所述输入量偏差e、偏差变化ec的模糊化的步骤为：首先要对输入量进行模糊化处理，输入、输出变量的语言值均分为七个语言值：{NB、NM、NS、O、PS、PM、PB}，隶属度函数采用灵敏性强的三角函数，为增强系统的鲁棒性，提高隶属度函数的分辨率，在0值附近的函数形状取得更陡；

e的基本论域为：[-2℃，2℃]；

ec的基本论域为：[-1，1]；

ΔK_p基本论域为：[-0.3，0.3]；

ΔK_i基本论域为：[-0.006，0.006]；

ΔK_d基本论域为：[-0.3，0.3]；

以上各变量的模糊量分别为：E、EC、ΔK_p、ΔK_i、ΔK_d；

其论域均为：[-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6]；

输入量e、ec的量化因子为：

k_e＝-3，k_ec＝-6。

进一步、所述参数整定规则的确定及模糊推理还包括：

成比例的反映控制系统的偏差信号e的比例环节；

用于消除静差，提高系统的无差度，对误差进行积分和对系统控制有一定的滞后作用的积分环节；

能反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号值变得太大之前加入一个修正信号，加快系统的响应速度，减少超调时间，增强系统的稳定性的微分环节。

进一步、所述模糊控制表的求取方法为：

通过描写控制的49条模糊条件语句之间是或的关系，由第一条语句所确定的控制规则可以计算出ΔK_p、ΔK_i、ΔK_d；