模糊pid复合控制

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1、模糊PID复合控制摘要:众所周知,在控制理论中,积分控制作用能消除稳态误差,但是动态响应较慢。因此,为了改善模糊控制的稳态性能,常把积分作用引入了模糊控制器,采用了模糊控制与PID控制相结合组成模糊PID控制器,以改善模糊控制器的稳态性能。　　关键词:模糊PID复合控制　　:TP273:A:1007-9416(2011)03-0024－02　　　　模糊控制技术的诞生至今20多年来,在模糊控制方法方面已经取得了不少研究成果与进展。早期的经典模糊控制器与常规的控制器相比具有无须建立被控对象的数学模型,对被控对象的非线形和时变性具有一定的适应能力,即鲁棒性较好等特点。但它

2、也有一些需要进一步改进和提高的地方,常规的二维模糊控制器是以误差和误差变化作为输入变量,因此,一般认为这种控制器具有模糊比例－微分作用,而缺少模糊积分控制作用。这样的模糊控制系统的动态性能较佳,而稳态性能则不能令人满意。　　　　1、PID控制器　　PID控制是比例积分微分控制的简称。在生产过程自动控制的发展历程中,PID控制是历史最悠久,生命力最强的控制方式。它具有原理简单,适应性强,使用方便等优点。　　所谓PID控制就是将系统的偏差(误差)的比例－积分－微分进行线性组合构成的控制作用。其控制算法为:　　　　其中为PID控制器的输出信号,为偏差信号,为比例增益,为积

3、分增益,为微分增益。上式也可化为以下形式:　　　　其中为积分时间常数,为微分时间常数。　　在PID控制器中,比例控制使系统响应速度加快,但不能消除稳态误差;积分作用能消除稳态误差,提高精度,但使系统响应变慢,稳定性变坏;微分作用使控制器增加了预测作用,有助于补偿控制环中的滞后或计算延迟,增加了系统的快速性和稳定性。三者相结合,可以实现稳定的满足性能指标要求的控制系统。但是PID控制方法适用于可建立精确数学模型的线性定常参数系统,而实际的工业过程中常存在着非线性,时变性等因素,因此常规的PID控制器难以实现有效控制。在此将模糊控制与PID控制两者结合起来,扬长避短,即

4、具有模糊控制灵活,适应性强的优点,又具有PID控制精度高的优点。　　　　2、模糊PID控制器　　模糊PID控制器有多种形式,常见的几种FUZZY-PID控制方法如图1所示:　　2.1Fuzzy与PID的双模控制器　　这种控制器有模糊控制和PID控制两种模态,其中模糊控制器采用常规的算法,输入变量为偏差E和偏差的变化EC,输出为U。此种模糊控制器本质上是一种PD控制器,由于缺乏积分环节,系统有稳态误差。为此在偏差E小于某一阈值M时,本控制器切换至常规的PID控制器,从而使得这种双模控制器具有响应快,稳态精度高的特点。并且,其中的FUZZY和PID控制器互不干扰,可以分

5、开设计,二者的转换可以由计算机程序根据事先给定的偏差范围来自动实现。这种控制方法还可以加入其他的模态。　　2.2补偿式FUZZY-PID控制器　　补偿式FUZZY-PID控制器原理如图。这种设计方法用于要求稳定性,可靠性高的场合,类似于冗余控制。每个控制器在整个控制作用中所起的作用由权重因子R1和R2进行调节。这种控制器可以在保证可靠性的前提下,兼顾性能的优化,基本上利用了模糊控制器和PID控制器的优点。　　2.3FUZZY自整定PID参数控制器　　这种控制器的设计方法先是采用某一PID参数整定方法确定PID控制器的初始参数,然后FUZZY控制器在此基础上,根据偏差

6、E和偏差的变化EC来调整这些参数,从而改善被控对象的动态和稳态响应。　　　　3、模糊线形复合控制　　将模糊控制器和线形控制器适当的进行组合,可使系统具有较好的动态和稳态品质。　　图2中,为前馈模糊控制器传递函数,同样的,此类控制器也可以同4.2节类似的,可以将其设计成双模控制器。　　此外,专家学者还研究了许多提高模糊控制器性能的方法,如自适应模糊控制,模糊变结构集成控制,专家模糊控制,神经模糊控制等等,实践表明,这些方法很大程度上提高了传统模糊控制器的性能。