模糊自整定PID控制器設計

1、模糊自整定PID控制器設計2.1設計原理。模糊自整定PID控制算法是在PID算法 的基礎上，以誤差e和誤差變化量ec作為模糊控制器的輸入 量，以滿足不同e和ec對控制器參數(shù)的不同要求,根據(jù)模糊 合成推理設計PID參數(shù)的模糊矩陣表。在鍋爐汽包水位控制 系統(tǒng)中，輸入變量選擇為汽包水位的偏差值。和偏差值的變 化量ec,輸出變量選擇為PID參數(shù)的校正值，即4kp, Aki和 kddo在模糊自整定PID控制器中,采用的是二維模糊控制 器。2. 2模糊控制器設計過程的四個步驟2. 2.1構(gòu)造系統(tǒng)結(jié)構(gòu),根據(jù)采樣得到的系統(tǒng)輸出值,計 算所選擇的系統(tǒng)的輸入變量。該步驟所完成的工作就是確定 模糊控制器的輸入量和輸

2、出量。2. 2. 2 “模糊化”，即實現(xiàn)輸入量或輸出量的模糊化,通 過量化因子和比例因子將精確量變化的范圍（基本論域）模 糊化成在模糊集論域范圍內(nèi)。我們可以把精確量用“正大” “、正中” “、負中” “、負小”等模糊語言來分成數(shù)個檔。 這些檔的大小關系我們就用在模糊論域上的模糊子集來表 示。而模糊子集的大小就和隸屬函數(shù)有關，隸屬函數(shù)通常采 用:三角形隸屬函數(shù)、正態(tài)分布隸屬函數(shù)和梯形隸屬函數(shù)等。 不同的隸屬函數(shù)代表著不同的系統(tǒng)特性,我們一般在系統(tǒng)誤差較大時采用具有低分辨率隸屬函數(shù),而在系統(tǒng)誤差較小時 采用具有高分辨率的隸屬函數(shù)。2. 2. 3模糊控制表的運算合成,有了前兩個步驟的工作, 得到輸入

3、量和輸出量的模糊數(shù),結(jié)合操作經(jīng)驗或數(shù)據(jù),我們 就可以將輸入量和控制量的模糊數(shù)安排到由一系列的 if-then控制規(guī)那么組成的集合中，利用這些規(guī)那么信息,采用極 大極小值合成法或其他合成算法,我們就可以合成得到控制 表。該控制表儲存于計算機中，供程序查詢輸出。2. 2. 4查詢輸出和輸出量精確化,計算機控制程序通過 查詢該控制表,即可以找到對應于某模糊數(shù)輸入量的控制量 模糊數(shù),再通過輸出量比例因子將模糊輸出控制量轉(zhuǎn)換成進 行控制量的精確化輸此這實際上是在一個輸出范圍內(nèi)，找 到一個被認為最具有代表性的、可直接驅(qū)動控制裝置確實切 的輸出控制值。2. 3模糊自整定PID控制算法在PLC中編程實現(xiàn)。模糊

4、 自整定PID控制算法在西門子300PLC上采用語句表編程方 式編程實現(xiàn)。采集誤差信號和誤差變化量信號，將其模糊化 到語言變量的論域,采用離線計算的方式將模糊規(guī)那么制成模 糊查詢表,通過在線的方式查詢模糊控制量輸出，最后將PID 參數(shù)校正值與基準值相加,獲得PID參數(shù)瞬時值,最后進行 PID運算,計算得控制量到控制對象執(zhí)行器。在PLC中，使用FB功能塊和DB數(shù)據(jù)塊來實現(xiàn)模糊控制算法。首先離線計算 好模糊關系查詢表，把比例因子值、誤差的上下限值和模糊 關系查詢表R送到DB數(shù)據(jù)塊中存儲起來。在DB數(shù)據(jù)塊中， 模糊關系R要按傾序排放，即按順序先輸入第一列,再輸入第 二列,第三列,然后在FB功能塊中完成計算查詢表功能。值 得注意的是,在這里采用取整將E單點模糊化,然后，由模糊 化子集和模糊關系風求出模糊決策。在程序里,這局部使