論文改 PID控制、模糊控制、模糊PID控制器

1、摘 要交流伺服電機(jī)現(xiàn)廣泛應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件和各種數(shù)控機(jī)床。PID控制是伺服系統(tǒng)中使用最多的控制模式之一。盡管傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，但交流伺服電機(jī)存在非線性的、強(qiáng)耦合。當(dāng)參數(shù)變動(dòng)或非線性因素的影響發(fā)生變化時(shí)，控制不能實(shí)時(shí)改動(dòng)，不能滿足系統(tǒng)高性能、高精度的要求。結(jié)合模糊控制和傳統(tǒng)PID控制成一種新的控制方法-模糊PID控制是解決上述問(wèn)題的一種很好的途徑。模糊控制器不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，而是根據(jù)之前人為設(shè)定的控制要求設(shè)計(jì)用來(lái)控制的決策算法，使用此方式確定控制量。模糊控制和傳統(tǒng)PID控制融合的結(jié)果，不單具有模糊控制的高性能，還具備傳統(tǒng)PID控制精準(zhǔn)度高的長(zhǎng)處。本文對(duì)PID控

2、制算法的原理和模糊控制算法作了簡(jiǎn)要的描述和比較。指出模糊PID混合控制法，在誤差很大時(shí)使用模糊控制,在不大時(shí)使用PID控制,在MATLAB軟件中，對(duì)交流伺服系統(tǒng)的位置控制進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)仿真結(jié)果與理論上差距較小。關(guān)鍵詞：PID控制；模糊控制；模糊PID控制器；MATLAB第1章 緒論1.1 研究課題的任務(wù)本課題的任務(wù)是了解交流伺服系統(tǒng)，比較并結(jié)合兩種控制的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合成一種新的控制方式-模糊PID控制。該控制法在系統(tǒng)輸出差距大時(shí)采用模糊控制，而在差距較小時(shí)采用PID控制。文章最后給出了模糊PID位置控制的MATLAB響應(yīng)圖，同時(shí)給出了常規(guī)PID控制下的效果圖，并比較分析。1.3

3、交流伺服系統(tǒng)工作原理相對(duì)單一的系統(tǒng)，其一般是根據(jù)位置檢測(cè)反饋組成閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)。其組成框圖參考圖1-1內(nèi)容14。此類系統(tǒng)主要原理是對(duì)比輸入的目標(biāo)位置信號(hào)和位置檢測(cè)設(shè)備測(cè)試的真實(shí)位置信號(hào)統(tǒng)計(jì)其偏差且使用功率變換器的輸入端弱化誤差?？刂屏勘恍盘?hào)轉(zhuǎn)換和功率放大驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)伺服組織，促使誤差不斷縮減少，一直到最佳值。（1）位置檢測(cè)裝置 是此類系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成方面，完整系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功能是否可以滿足需求，關(guān)鍵的是位置檢測(cè)傳感器的科學(xué)選擇以及精度。當(dāng)前普遍使用的位置傳感器主要是接觸式，接近式，曲軸位置，節(jié)氣門位置等多種類型的傳感器。（2）在此類系統(tǒng)中，功率變換器是完成此類電機(jī)高性能調(diào)速的關(guān)鍵。此外，它應(yīng)該具備較

4、穩(wěn)定的輸出功率和較高的調(diào)頻電壓精度，而且還需要在有溫差是穩(wěn)定運(yùn)行的能力、較強(qiáng)的電磁抗干擾能力、系統(tǒng)異常保護(hù)的功能。（3）伺服電機(jī)是伺服系統(tǒng)的主要組成部分。伺服電機(jī)具有良好的低速特性是伺服電機(jī)具有高精度的關(guān)鍵。伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)（急停，啟動(dòng)）也指出此類電機(jī)需要具備更小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、較高加速轉(zhuǎn)矩（過(guò)載轉(zhuǎn)矩）、相對(duì)平穩(wěn)性等。當(dāng)前被普遍使用的主要是感應(yīng)式交流異步電動(dòng)機(jī)等類型。（4）控制器 其一般包含微處理芯片，比如微處理器以及數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）等部分。一般閉環(huán)控制系統(tǒng)的功能更加完善，具備方位、速度與電流反饋等功能。參考圖1-2可知。圖1-2 交流伺服系統(tǒng)的三閉環(huán)結(jié)構(gòu)電流環(huán)和速度環(huán)全部是內(nèi)環(huán)。前者的

5、功能是：提升內(nèi)環(huán)控制主體的傳遞函數(shù)的精準(zhǔn)性，促進(jìn)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)作。避免電流環(huán)內(nèi)部的干擾；防止發(fā)生電路內(nèi)電流超出額定數(shù)值的問(wèn)題，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。速度環(huán)的作用是減小負(fù)載擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的作用以及弱化電機(jī)轉(zhuǎn)速變化。位置環(huán)的功能是確保當(dāng)前靜態(tài)與動(dòng)態(tài)跟蹤功能，是交流伺服系統(tǒng)的平穩(wěn)性與功能齊全的關(guān)鍵基礎(chǔ)，是最主要的反饋環(huán)節(jié)。多回路控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器要從內(nèi)而外逐個(gè)設(shè)計(jì)。對(duì)于三環(huán)位置伺服系統(tǒng)，首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，而后將電流環(huán)作為速度環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，在其他環(huán)節(jié)中生成速度調(diào)節(jié)器的被控對(duì)象，并設(shè)計(jì)速度調(diào)節(jié)器。最后，把所有速度環(huán)當(dāng)做位置環(huán)中的重要部分來(lái)設(shè)定位置調(diào)節(jié)器。依次設(shè)計(jì)可確保所有環(huán)的平穩(wěn)性，這使得整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性都

6、能得到保障。位置伺服系統(tǒng)的控制量是電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角位移。當(dāng)目標(biāo)要求位置任意變化時(shí)，系統(tǒng)關(guān)鍵工作是讓輸出量高效且精準(zhǔn)的被傳達(dá)。位置伺服系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)：1）此系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)作用是讓目標(biāo)高效的從起始位置到預(yù)期位置2）需要具備精準(zhǔn)度高的位置傳感器，進(jìn)而傳遞位移誤差的電信號(hào)。3）電壓與功率放大器、拖曳系統(tǒng)全部可逆。4）控制系統(tǒng)需要盡量達(dá)到穩(wěn)態(tài)精度與動(dòng)態(tài)高效響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。第2章 PID位置控制2.1 PID控制的特點(diǎn)在PID控制器內(nèi)，比例控制可以高效反映誤差，進(jìn)而減低穩(wěn)態(tài)誤差。但是，此控制無(wú)法去除穩(wěn)態(tài)誤差。因此在參數(shù)調(diào)整中，增加比例放大系數(shù)會(huì)造成不穩(wěn)定問(wèn)題。積分控制主要作用是，在系統(tǒng)出現(xiàn)誤差，積分控制器接連累計(jì)，輸出

7、控制量，去除誤差。所以，只需要充足時(shí)間，積分控制就可以全面去除誤差，促使系統(tǒng)誤差變成零，進(jìn)而去除穩(wěn)態(tài)誤差。然而積分功能強(qiáng)大，導(dǎo)致系統(tǒng)超調(diào)，乃至造成振蕩問(wèn)題。差分控制可弱化超調(diào)問(wèn)題，處理振蕩，提升綜合平穩(wěn)性，提升系統(tǒng)動(dòng)態(tài)反映效率，減少調(diào)節(jié)時(shí)間，強(qiáng)化綜合動(dòng)態(tài)功能。因此，當(dāng)采用PID控制時(shí)，必須適當(dāng)調(diào)整比例放大系數(shù)Kp、積分時(shí)間TI和差分時(shí)間TD，使整個(gè)控制系統(tǒng)獲得良好的性能。2.1.1 PID控制的優(yōu)點(diǎn)1.原理淺顯，應(yīng)用便利2。適應(yīng)性強(qiáng)，可普遍使用在化工、熱工、冶金、造紙、建材等相關(guān)組織。PID控制的自動(dòng)調(diào)節(jié)器逐漸完成商業(yè)化目標(biāo)。在當(dāng)前執(zhí)行部分，也逐漸研發(fā)出機(jī)械、液壓、電子等發(fā)展階段，但它們從未與

8、PID分離。即使在最新的最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)中，它的基本控制功能仍然是PID控制15。三。它是魯棒的，也就是說(shuō)，它的控制質(zhì)量對(duì)受控對(duì)象的變化不敏感。由于這些優(yōu)點(diǎn)，PID控制始終是過(guò)程控制的第一指導(dǎo)。大型現(xiàn)代生產(chǎn)裝置的控制回路可以大到1200個(gè)以上，其中大部分由PID控制。然而生產(chǎn)環(huán)節(jié)持續(xù)增多，控制問(wèn)題頻繁出現(xiàn)，對(duì)精度的要求更加嚴(yán)苛。之前的PID控制無(wú)法全面滿足現(xiàn)實(shí)需求，換句話說(shuō)，需要持續(xù)改善與優(yōu)化PID控制模式，進(jìn)而滿足持續(xù)變化的現(xiàn)實(shí)需求。2.1.2 PID控制的局限性PID控制器的主要不足是其對(duì)受控主體的依賴性。主要以受控主體的精確數(shù)學(xué)模型為前提，在系統(tǒng)內(nèi)一般不會(huì)發(fā)生類似問(wèn)題：大部分系統(tǒng)，尤其是工

9、業(yè)過(guò)程相對(duì)繁瑣，所以無(wú)法精準(zhǔn)敘述上述PR的傳遞函數(shù)或狀態(tài)方程。閉鎖。因?yàn)閷?duì)控制器質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)苛，控制主體更加復(fù)雜。只使用一般PID控制器無(wú)法順利完成目標(biāo)。2.2 位置環(huán)數(shù)字PID控制 首先，交流伺服系統(tǒng)要求具備高效跟蹤功能，也就是要求對(duì)輸入信號(hào)的高效響應(yīng)，較少誤差，較短過(guò)渡時(shí)間，不存在過(guò)沖或者微弱振蕩。其次，穩(wěn)態(tài)精度高，也就是穩(wěn)態(tài)誤差不大，定位精準(zhǔn)度高。但是，某些PID控制出現(xiàn)超調(diào)量大、調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)、控制效率不高等問(wèn)題，因此參數(shù)選擇相對(duì)復(fù)雜。在一般數(shù)字PID控制系統(tǒng)內(nèi)，積分部分的主要目標(biāo)是弱化靜態(tài)差，提升精度，然而在開(kāi)始、完結(jié)或明顯增加、設(shè)定值下降的時(shí)候，系統(tǒng)輸出偏差很大。其會(huì)造成

10、積分積累，造成過(guò)沖乃至振蕩問(wèn)題，是伺服系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)運(yùn)作運(yùn)行不順利。為了弱化積分修正對(duì)電機(jī)運(yùn)作時(shí)期控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響，使用積分分離PID控制算法。在電動(dòng)機(jī)真實(shí)位置與確定位置的誤差低于相應(yīng)數(shù)值的時(shí)候，增加積分校正程序，進(jìn)而減少綜合穩(wěn)態(tài)誤差16。2.2.1 積分分離PID控制算法此算法也要設(shè)定積分分離閾值E。使用仿真來(lái)明確上述閥值E。在e(k)>E時(shí)，也就是偏差值很大的時(shí)候，使用PD控制，進(jìn)而防止因積分累積造成太大的超調(diào)量，促使伺服系統(tǒng)高效響應(yīng)；在e(k)E時(shí)，也就是偏差值相對(duì)小時(shí)，使用PID控制，進(jìn)而減低系統(tǒng)誤差，確保此類電機(jī)的位置控制精準(zhǔn)性。位置式PID算式寫成積分分離方式是:(2-1

11、)其中: u(k) 控制量；e(k) 誤差值；K -采樣序列號(hào)，K0， 1, 2, ；T 采樣周期；K p比例系數(shù)；T i 積分時(shí)間常數(shù)；T d微分時(shí)間常數(shù)；積分項(xiàng)的開(kāi)關(guān)系數(shù)2.2.2 積分分離PID控制算法流程依照(2-1)式可編寫出具體的控制程序，算法流程圖參考圖2-1。2.3 控制系統(tǒng)參數(shù)的整定PID參數(shù)的初值根據(jù)預(yù)整定得出，參數(shù)整定的現(xiàn)實(shí)工作是明確KP、TI、TD與采樣周期T。在比值系數(shù)Kp變大時(shí)，系統(tǒng)操作敏銳，效率高，而總成造成振蕩，調(diào)節(jié)時(shí)間久，積分時(shí)間常數(shù)Ti高，綜合穩(wěn)態(tài)誤差可去除，然而平穩(wěn)性好。差分控制可優(yōu)化動(dòng)態(tài)特性，避免過(guò)沖，減少調(diào)整時(shí)間。普遍使用的參數(shù)整定方式主要是擴(kuò)展臨界比

12、例法、擴(kuò)展響應(yīng)曲線法以及歸一化參數(shù)整定法。上述方式是從Ziegler Nichols（Ziegler Nichols）17規(guī)則延伸出來(lái)。通常指出，交流伺服系統(tǒng)模型是具備延遲部分的一階模型（滯后的第一步）：(2-2)其中, K、L 與Tc 主要是被控主體的放大系數(shù)、純延遲時(shí)間與常數(shù)。利用MATLAB中的Simulink仿真系統(tǒng)，開(kāi)展階躍輸入激勵(lì), 得出響應(yīng)曲線參考圖2-2,之后依照曲線得出其特征參數(shù)。所以，其能利用Ziegler Nichols設(shè)置規(guī)則獲得。Kp= 1.2Tc/KL, Ti= 2L , Td= 0.5L 。圖2-1 PID控制流程圖圖2-2 階躍響應(yīng)曲線第3章 模糊控制理論基礎(chǔ)3

13、.1 概述美國(guó)加利福尼亞學(xué)校L.A.Zadah專家在1965年撰寫Fuzzy Set18開(kāi)啟模糊數(shù)學(xué)發(fā)展歷史，此后，模糊數(shù)學(xué)開(kāi)始得到關(guān)注。此類數(shù)學(xué)用在控制部分的最早時(shí)間是1973年，此后模糊控制被普遍重視，大量分析匯聚在：模糊邏輯：模糊控制器設(shè)計(jì)；模糊邏輯硬件設(shè)計(jì)；應(yīng)用研究等部分。模糊控制是使用語(yǔ)言來(lái)誘導(dǎo)算子的控制方式，且使用語(yǔ)言變量與模糊集理論產(chǎn)生控制算法。突出特征是繞過(guò)物體的不明確性、不精準(zhǔn)性、噪聲、非線性、時(shí)間變化與延遲。其具備強(qiáng)大的魯棒性，可以被使用在非線性、時(shí)變與時(shí)滯系統(tǒng)的控制中。此類邏輯控制設(shè)計(jì)便利，便于認(rèn)知，即便是非專業(yè)人員也能輕松設(shè)計(jì)，所以具備較好的商用性與可行性。之前的自動(dòng)控

14、制不能處置大眾語(yǔ)言內(nèi)的模糊性，其中模糊集合與邏輯的出現(xiàn)可以妥善處理描述控制規(guī)則的條件語(yǔ)句內(nèi)比如“較大”、“稍小”、“過(guò)高”等具備相應(yīng)模糊性的詞匯，使用模糊集合來(lái)敘述上述語(yǔ)句，就可以組成模糊控制器。1974年Mamdani19第一次設(shè)計(jì)出模糊控制器，且將其使用在鍋爐與蒸汽機(jī)上，得到良好的成就，模糊控制隨之出現(xiàn)。模糊控制和經(jīng)典控制的主要差異就是其不需要?jiǎng)?chuàng)建被控主體（或過(guò)程）的精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型，主要依靠個(gè)人的知識(shí)積累，通過(guò)個(gè)人思維與邏輯推理方式來(lái)“直接”開(kāi)展控制。通常PID控制在原理與方式上并不相同。模糊邏輯主要使用模糊邏輯與近似推理來(lái)對(duì)大眾知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)開(kāi)展形式化與建模。其變成計(jì)算機(jī)可認(rèn)可的控制模型，促使

15、計(jì)算機(jī)可以取代大眾開(kāi)展高效的全面控制。3.2 模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)與組成模糊控制主要原理通過(guò)圖3-1呈現(xiàn)出來(lái)，其主要方面是模糊控制器。此控制器的控制律被計(jì)算機(jī)程序完成。其中主要理論是利用微機(jī)中斷采樣來(lái)得到受控量的輸入量。把偏差信號(hào)E的精準(zhǔn)量模糊化成模糊量，使用對(duì)應(yīng)的模糊語(yǔ)言代表偏差e的模糊量，得出偏差e的模糊語(yǔ)言集的子集。之后依照模糊推理的整體規(guī)則，使用模糊集與控制規(guī)則開(kāi)展決策。u=e*R (3-1)其中，u是模糊量。為了對(duì)受控整體進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，也需要把模糊量U轉(zhuǎn)變成精準(zhǔn)量。此環(huán)節(jié)在圖內(nèi)變成清晰化或解模糊。在得到精準(zhǔn)的數(shù)字控制量之后，利用數(shù)模轉(zhuǎn)換把模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換傳送給執(zhí)行部門，且持續(xù)控制受控

16、整體。之后，中斷等待第二次采樣且開(kāi)展后續(xù)的控制，進(jìn)而完成對(duì)被控主體的模糊控制。圖3-1 模糊控制原理3.2.1 模糊化模糊控制器是根據(jù)大眾內(nèi)心的模糊控制。有必要將從輸入通道采樣的精確量轉(zhuǎn)化為模糊推理所需的模糊量。例如，系統(tǒng)水溫的誤差信號(hào)的范圍及其設(shè)定值可以是-12C+ 12 C，即-12, 12 ，并且每個(gè)輸入信號(hào)具有對(duì)應(yīng)的域，并且信號(hào)大小的模糊子集被定義在域中。例如，水溫誤差的范圍可以定義為-5，-4，-3，-2，-1, 0, 1，2, 3, 4，5，全部是11個(gè)離散點(diǎn)。在不同采樣時(shí)間，模糊接口把輸入信號(hào)的物理值轉(zhuǎn)變成對(duì)照域上的點(diǎn)。比如，水溫誤差是7.2 C，對(duì)照于點(diǎn)+ 3（20）內(nèi)的散射場(chǎng)

17、。3.2.2 知識(shí)庫(kù)知識(shí)庫(kù)包包含使用領(lǐng)域知識(shí)，一般包含數(shù)據(jù)庫(kù)與規(guī)則庫(kù)。前者供應(yīng)全部定義。全部和輸入、輸出變量相對(duì)照的域，和在域定義的規(guī)則庫(kù)內(nèi)采用的全部模糊子集的定義都被存放在其中。在模糊控制器的推理時(shí)期，數(shù)據(jù)庫(kù)是推理機(jī)準(zhǔn)備相應(yīng)的信息。在模糊接口時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)為對(duì)應(yīng)字段準(zhǔn)備相應(yīng)的信息。規(guī)則庫(kù)存儲(chǔ)模糊控制規(guī)則。此類規(guī)則是根據(jù)人工操作職員的控制經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)學(xué)者積累的知識(shí)。其是控制受控主體的知識(shí)模型。此類精度影響最終控制器的功能。3.2.3 模糊推理從時(shí)間輸入與模糊控制規(guī)則推測(cè)出模糊推理方式，且引導(dǎo)出模糊控制器的輸出。模糊控制器的模糊推理制度的設(shè)定一般使用模糊推理算法。在此類控制器利用查找表懲罰完成時(shí)，可離

18、線設(shè)定查詢表。在模糊控制器由軟機(jī)械推理懲罰完成時(shí)，可設(shè)計(jì)模糊控制器。可在線開(kāi)展相應(yīng)推理。在使用此控制器組成硬件控制器時(shí)，其效率高，精準(zhǔn)度高，肯定比軟件效果更好。3.2.4 解模糊化和模糊化不同，去模糊化將模糊控制器輸出量轉(zhuǎn)變成精確量。在我們使用模糊控制算法時(shí)，根據(jù)模糊推理得出的模糊控制函數(shù)需要轉(zhuǎn)變成執(zhí)行器官所能接受的精確數(shù)量。DE-Fuzzy接口有兩個(gè)主要功能：一個(gè)是范圍變換，另一個(gè)是模糊度求解。輸出字段被轉(zhuǎn)換為輸出物理2的范圍，并且在解決方案的輸出域中的點(diǎn)被轉(zhuǎn)換為在操作時(shí)輸出物理量的值。最常用的歧義消解策略包括最大隸屬度法、中值法和重心法21。第4章 模糊PID控制器的設(shè)計(jì)4.1 模糊PID

19、控制器原理模糊控制具備抑制超調(diào)成果顯著、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在系統(tǒng)存在非線性因素時(shí)表現(xiàn)依舊搶眼。然而，模糊控制器在系統(tǒng)處于穩(wěn)定時(shí)減小誤差的效果不理想，這使得其不能出現(xiàn)在精度要求高的場(chǎng)合。此情況在離散的有限域設(shè)計(jì)中尤為突出。如果模糊控制器只有控制量偏差的偏差和變化率兩個(gè)輸入，那么它可以看作是一個(gè)參數(shù)可變PD控制。PD控制沒(méi)有積分作用，這使得系統(tǒng)在處于穩(wěn)定時(shí)沒(méi)有積分環(huán)節(jié)減小誤差。但PID控制在不能確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，不能保證良好的動(dòng)態(tài)性能，但PID控制的積分環(huán)節(jié)可以消除靜態(tài)差，提高系統(tǒng)在穩(wěn)定時(shí)性能。因?yàn)榇祟愃欧到y(tǒng)屬于非線性強(qiáng)耦合控制系統(tǒng)，假如把模糊與傳統(tǒng)PID控制捆混合起來(lái)，之后將誤差大小為基礎(chǔ)，

20、誤差小采用模糊控制，誤差大用PID控制。這樣，不僅避免了PID控制系統(tǒng)信號(hào)處理簡(jiǎn)單，副作用多等缺點(diǎn)，同時(shí)也避免了模糊控制消除穩(wěn)態(tài)誤差慢的缺點(diǎn)，而且結(jié)合了兩種控制各自的優(yōu)點(diǎn)。模糊PID控制伺服系統(tǒng)參考圖4-1可知。為了讓提高響應(yīng)效率，在PID整定效果不好的時(shí)候使用模糊控制，在系統(tǒng)誤差在PID控制范圍內(nèi)使用此類控制方式。上述控制器的優(yōu)勢(shì)是在偏差很大時(shí)使用模糊控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制量U，并在偏差變小到一定程度用PID控制，這就要求預(yù)先給出用于兩者模式轉(zhuǎn)換的設(shè)定值，是系統(tǒng)能自行切換。4.2 模糊PID控制器的設(shè)計(jì)4.2.1 語(yǔ)言變量的模糊化輸入和輸出變量的模糊語(yǔ)言的描述，設(shè)置輸入變量E和EC的模糊子集和輸

21、出U的模糊子集：E的子集是負(fù)，負(fù)，負(fù)，負(fù)，正，正，并且簡(jiǎn)單地記錄為NB，NM，NS，NO，PO，PS，PM，Pb。EC 和U 的子集均為NB，NM ,NS，ZO，PS，PM，PB，E和EC的論域均為-6，- 5，-4，-3，-2，-1, 0, 1，2, 3, 4，5, 3，并且論證的字段是：，-，-，-，-，-，-，-，-，-，-，-，-，-，-E模糊集選擇8個(gè)元素，區(qū)分NO和PO，主要是為了提高穩(wěn)態(tài)精度。在操作時(shí)期執(zhí)行人員會(huì)遭遇的現(xiàn)實(shí)情況與對(duì)照的控制策略匯總成表4-1。第一，在誤差是負(fù)時(shí)，假如誤差變動(dòng)時(shí)負(fù)，那么誤差出現(xiàn)變大走勢(shì)，也就是盡早去除負(fù)大誤差，降低誤差，所以控制量變動(dòng)為正。在誤差是負(fù)

22、且誤差變化為正時(shí)，系統(tǒng)原本就存在縮減誤差的走勢(shì)，所以需要使用小的控制進(jìn)而去除誤差而不超調(diào)。參考表4-1可知，在誤差是負(fù)此外誤差變化是正時(shí)，將控制變化當(dāng)做核心。假如誤差被改變成正中心或大中心，那么控制體積不能提高，不然過(guò)沖會(huì)造成正誤差，所以控制體積變是0水平。在誤差是負(fù)中時(shí)，需要盡早去除控制誤差。控制量的改變和誤差是負(fù)大時(shí)的變動(dòng)理論上相同。在系統(tǒng)誤差是負(fù)時(shí)，開(kāi)始更加平穩(wěn)。假如上述誤差變化為負(fù)，那么挑選控制量的變動(dòng)當(dāng)做中值，進(jìn)而限制負(fù)方向上誤差變動(dòng)。假如誤差變化為正，此時(shí)系統(tǒng)逐漸去除誤差，這個(gè)時(shí)候挑選控制量的變化則是正值。挑選控制量變動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)是，在偏差大或小時(shí)，在挑選時(shí)需要挑選快速去除誤差；在偏差

23、小時(shí)，需要將系統(tǒng)平穩(wěn)性當(dāng)做重點(diǎn)。在明確誤差是正或是負(fù)之后，此時(shí)也需要轉(zhuǎn)變正負(fù)號(hào)?？刂埔髤⒖急?-1。4.2.2 模糊控制規(guī)則表本質(zhì)上，模糊控制規(guī)則取自操作員多年實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)者分析總結(jié)并經(jīng)處理過(guò)的計(jì)算機(jī)認(rèn)可的程序語(yǔ)句。此類規(guī)則的編撰主要是把控制器的輸出能讓系統(tǒng)輸出響應(yīng)與靜態(tài)特性達(dá)到最佳當(dāng)做基礎(chǔ)。在MATLAB命令窗口中，輸入fuzzy進(jìn)入模糊控制器的設(shè)計(jì)界面，創(chuàng)建FIS文件，挑選模糊控制器當(dāng)做Mamdani類型，且依照以上研究輸入隸屬函數(shù)與E、EC、U的量化區(qū)間，具體規(guī)則:去模糊化使用重心法（FieldCenter）建設(shè)FIS文件，在rule處填寫以上控制規(guī)則，進(jìn)而得出模糊控制器算法

24、。具體規(guī)則參考表4-1內(nèi)容。4.2.3 確定隸屬度函數(shù)E、EC和U的隸屬函數(shù)均取用三角函數(shù)。因?yàn)樘岣呦到y(tǒng)的魯棒性和提高隸屬函數(shù)的區(qū)分度的目標(biāo)，所以函數(shù)在越接近原點(diǎn)的時(shí)候坡度越陡。E，EC 與U的隸屬度函數(shù)主要參考圖4-2,4-3,4-4 內(nèi)容。依照隸屬函數(shù)，把U的隸屬度撰寫成表格參考表4-2。4.3 模糊PID控制工作流程圖基于以上控制算法的交流位置伺服控制系統(tǒng)總體流程圖如圖4-5所示。4.4 切換PID控制系統(tǒng)當(dāng)誤差e(t)<1時(shí)使用積分分離PID控制。采樣時(shí)間是二十秒，延遲時(shí)間是四倍采樣時(shí)間，也就是八十秒。控制對(duì)象離散是Y（k）-dN（2）y（k-1）+num（2）u（k5），階躍響使用在積分分離PID控制器。使用分段積分分離，也就是依照誤差絕對(duì)值的不同使用多種積分強(qiáng)度。圖4-5模糊PID控制工作流程圖在交流伺服位置控制系統(tǒng)內(nèi)，使用積分分離PID控制與位置式PID控制，比較兩種控制模式，積分分離PID控制在響應(yīng)速度和誤差誤差方面占有優(yōu)勢(shì)。只要系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)填寫較為準(zhǔn)確，那么控制系統(tǒng)就能有較好的運(yùn)行效果，并且能運(yùn)用在對(duì)系統(tǒng)精度要求更高的地方