一种新型混沌优化的模糊PID控制器设计

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1、一种新型混沌优化的模糊PID控制器设计ANewTypeChaosOptimizationDesignofFuzzyPIDController邹恩煜吴文君2李祥飞彳张泰山I(中南大学信息科学与工程学院长沙410083；株洲工学院电气工程系彳,株洲412008)摘耍提出一种最优模糊HD控制器的设计，该方法将混沌因子引入到模糊HD控制器参数域的全局优化搜索方法中，在优化过程屮不断缩小寻优区间以提高搜索效率,能较快搜索到全局最优解。最后,对延迟的三阶系统进行仿真，并与Ziegler-Nichols规则的PID控制相比较，控制结果说明该方法是有效可行的。关键词模糊PID控制器参数混沌优化Abstr

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6、PIDcontrollerPanimeterChaosoplii］)iz(ition0引言PID控制具有许多优良品质，如较强的鲁棒性、结构简单、对模型依赖程度小、能满足大量工业过程的要求等，使其至今仍是应川得最广泛的控制规律之一。然而，在现代工业控制中，许多被控过程或被控对象机理复杂，常会遇上一些大滞后、慢时变、非线性的复杂系统，特别是当无法获得精确的数学模型时，采用常规的PID控制就很难获得满意的控制效果。模糊控制以其特有的优点，在那些难以精确建模、非线性和大滞后的控制系统屮发挥了自己特有的功能。但足模糊控制也存在着控制精度不高的缺点。如果将模糊控制和PII)控制结合起来构成模糊PII

7、)控制器，则会显示出更加优良的控制效果Hl。混沌是存在于自然界中一■种较为普遍的非线性现象。混沌运动具有随机性、遍历性、内在规律性等特点,能吸引系统的运动并将其束缚在特定的范围内。随机性，即它的表现形式与随机变量一样杂乱;遍历性，即它能不重复地经历特定空间的所有状态；内在规律性，即混沌变量是ih确定的方程导出的。混沌变量的这种特点可以用来进行优化搜索，利用混沌变量的随机性可避免系统陷入局部极小，利用英遍历性可确保系统寻找到全局最优点。本文将一种新型混沌优化方法应用到模糊HD控制器参数的确足屮,将待优化变量转化为混沌变量,根据搜索进程不断缩小优化变量的搜索区间能较快12万方数据地搜索到参数

8、全局最优解。本文在最后用具有延迟因子的二阶系统仿真，并与Z-N规则的PID控制相比较，控制结果说明了该方法的可行性。1模糊PID控制器基本调节原理1.1模糊处理采用二维输入模糊控制器，误差变量e(k)=r(k)-y(k)，其中r(人：)为系统的给定值，y(人：)为系统的实际输出值。模糊处理是将系统的误差e、误差变化率ec转化到相应的模糊论域，对e和％•进行量化处理。引入量化因子化.，饥，令e=e/ke.(1).ec=ec/采用文献［4］的方法，用非等距离法将误差玄、误差变化率&和输出uf的论域分别定义为{-2,-1,0,1,2}5个等级01丨EI「2201丨&C丨「2、2式中：E与&同号

9、；EC与Sc同号;0vIJ2J3；m‘m2^<1o1.2模糊推理控制作用取决于误差及误差变化率的大小，控制系统在不同的状态下对控制规则中误差E与误差变化率EC有不同加权程度的要求。如误差较大时，控制系统的主要任务是消除误差，此时对误差的加权应该大些；当误差小时，控制系统的主要任务是使系统尽快稳定,减少超调，此时要求在控制规则中误差变化率的加权大些。本文中E、EC和勺的论域等级划分相等,采用规则自调整方式进行模糊推理⑸。