[发明专利]一种自整定模糊PID控制方法

权利要求书

1.一种自整定模糊PID控制方法，其特征在于：将模糊控制和PID控制结合起来，构建自整定模糊PID控制器，该自整定模糊PID控制器以误差e(k)和误差变化率Δe(k)作为输入，在PID控制算法的基础上，通过计算当前误差e(k)和误差变化率Δe(k)，利用模糊控制规则在线进行模糊推理，通过查询模糊矩阵表对比例k_p、积分k_i、微分k_d进行实时调整，满足不同时刻的e(k)和Δe(k)对控制参数k_p、k_i、k_d模糊自整定的要求。

2.根据权利要求1所述的一种自整定模糊PID控制方法，其特征在于具体步骤为：

步骤a：设计模糊控制器；

步骤b：设计PID控制器；

步骤c：系统建模；

步骤d：仿真验证，构建出自整定模糊PID控制器。

3.根据权利要求2所述的一种自整定模糊PID控制方法，其特征在于：步骤a中，模糊控制器的设计过程为：

步骤a1：输入输出变量的确立

将e(k)和Δe(k)作为模糊控制器的输入，PID控制器的三个参数k_p、k_i、k_d作为输出；

步骤a2：输入、输出变量的模糊语言描述

设定输入变量e(k)和Δe(k)的模糊集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，将e(k)和Δe(k)量化到[-3 3]区域；同样，设定输出量k_p、k_i、k_d的模糊集为{ZO，PS，PM，PB}，并将其量化到[03]区域；

步骤a3：模糊控制规则的语言描述

根据参数k_p、k_i、k_d对系统输出特性影响情况，可以归纳出不同e(k)和Δe(k)情况下，被控参数k_p、k_i、k_d自整定要求，模糊控制规则如表2所示：

表2模糊控制规则。

4.根据权利要求3所述的一种自整定模糊PID控制方法，其特征在于：步骤a3中，模糊控制规则在Matlab中进行设计，设计过程为：

步骤a31、首先在Matlab命令窗口运行Fuzzy函数进入模糊编辑器，设计一个新的FIS文件，选择控制器类型Mamdani；

步骤a32、然后分别输入e(k)、Δe(k)、k_p、k_i、k_d的隶属函数和量化区间范围，以If andThen的形式输入模糊控制规则，取And为Min、Or为Max，推理ImpIication的方法为Min，合成Aggregatin的方法为Max，非模糊化Defuzzification的方法为重心平均Centroid。保存为AutoFuzzyPID；

步骤a33、最后在Matlab文件编辑器里设计一个名为AutoFuzzyPID.m的文件，其内容为：Matrix＝readfis(AutoFuzzyPID.fis)。

5.根据权利要求4所述的一种自整定模糊PID控制方法，其特征在于：步骤b中，PID控制器的设计过程为：

PID控制器有5个输入量：e(k)、Δe(k)、k_p、k_i、k_d，一个输出量u(k)，则PID控制算法可表示为：上式算法可简写成其中，u(k)、e(k)分别为第k个采样时刻控制器输出控制量和输入量偏差信号；k_p为比例增益；t_i、t_d分别为积分时间常数、微分时间常数；t为采样周期；k_i＝t/t_ik_p、k_d＝t_d/tk_p。