[发明专利]一种基于模糊PID和滑膜控制复合控制的控制方法

权利要求书

1.一种基于模糊PID和滑膜控制复合控制的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、通过水位传感器获取水位值；

S2、设计模糊PID控制器和滑膜控制器，并给定控制器的初始值；

S3、模糊PID控制器通过E和EC量化和模糊化，查询模糊控制表，获取模糊控制量，并根据模糊控制器的输出不断修改K_p、K_i、K_d值；

S4、引入滑膜控制器，增加滑膜切面来确保在有限的时间可以到达滑模面，实现减小超调量和加速调节过程的目的；

S5、设计权重比例分配器，并调整加权比例系数的大小；

S6、对制订的控制策略进行建模并对其稳定性进行验证。

2.根据权利要求1所述的一种基于模糊PID和滑膜控制复合控制的控制方法，其特征在：步骤S1中，具体的水位值为水位传感器实时测量的水稻田的水位值。

3.根据权利要求1所述的一种基于模糊PID和滑膜控制复合控制的控制方法，其特征在于:步骤S3中，定义偏差E和偏差变化率EC的基本论域分别为[-15,15]和[-3,3]，定义E的模糊语言值有7个:{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，简记为{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}，其对应的模糊子集的论域为{-3，-2，-1，0，1，2，3}；定义EC的模糊语言值有7个:{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，简记为{NB，NM，NE，ZE，PS，PM，PB}，其对应的模糊子集的论域为{-3，-2，-1，0，1，2，3}，定义K_p的模糊语言值有7个:{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，简记为{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}，其对应的模糊子集的论域为{-0.3，-0.2，-0.1，0，0.1，0.2，0.3}，定义K_i的模糊语言值有7个:{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，简记为{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}，其对应的模糊子集的论域为{-0.6，-0.4，-0.2，0，0.2，0.4，0.6}，定义K_d的模糊语言值有7个:{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，简记为{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}，其对应的模糊子集的论域为{-3，-2，-1，0，1，2，3}，由此可以得出e的量化因子k_e＝0.3，ec的量化因子k_ec＝1，得出K_p、K_i、K_d的比例因子k_kp、k_ki、k_kd，可由下式确定：

k_kp＝1，k_ki＝0.1，k_kd＝1 (1)

表1为K_p、K_i、K_d的模糊控制规则表：

隶属度函数的选取对模糊控制器的控制性能有一定的影响，常见的有三角形，高斯型，梯形。本次选用的隶属度函数均为三角函数，三角函数的隶属度与三角形的斜率相关，比较适合自适应的模糊控制。

4.根据权利要求1所述的一种基于模糊PID和滑膜控制复合控制的控制方法，其特征在于：确定滑模面，选取指数趋近律，来确保在有限的时间可以到达滑模面；

5.根据权利要求1所述的一种基于模糊PID和滑膜控制复合控制的控制方法，其特征在于：设置权重比例分配器，利用模糊控制器作为权重比例分配器，根据E与EC的大小进行实时调整权重比例系数α(0＜α＜1)的大小，在E和EC较大时，α取较小值，滑模控制器的控制量比重比较大，减少被控对象的调节时间，加快反应速率，在E和EC较小时，α取较大值，即加大模糊控制器的加权比例系数，提高其控制精度，加强鲁棒性，两个输入和输出论域为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，即{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}。

6.根据权利要求1所述的一种基于模糊PID和滑膜控制复合控制的控制方法，其特征在于：根据滑膜控制器的原理可以得出，选取合适的趋近律，保证系统状态点远离切换面时具有较快趋近速度，使系统以适当速度趋近切换面；根据模糊PID控制器和滑模控制器的特点引入权重比例分配，令输入偏差为E,模糊PID控制的输出量为λ,则滑膜控制的输出权重为λ,Fuzzy控制的输出权重为(1-λ),通过加权平均处理,最终的输出如下:

U＝λU_Fuzzy-FID+(1-λ)U_SMC。 (3)。