模糊pid复合控制对水温的控制

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1、模糊PID复合控制对水温的控制PID控制就是比例积分微分控制，其控制规律如下：式中，为比例增益，与比例度成倒数关系，即；为积分时间；为微分时间；为PID调节器的输出信号；为给定值与测量值之差（即）。控制输出由三部分组成：比例环节——根据偏差量成比例的调节系统控制量，以此产生控制作用，减少偏差。比例系数的作用是加快系统的响应速度，比例系数越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但容易产生超调，甚至会导致系统的不稳定；比例系数过小，会降低系统的调节精度，系统响应速度变慢，调节时间变长，系统动态、静态特性变坏。积分环节——用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数的大

2、小，越小，积分作用越强。但积分作用过强，会引起系统的不稳定。微分环节——根据偏差量的变化趋势调节系统控制量，在偏差信号发生较大变化以前，提前引入一个早期的校正信号，取到加快系统动作速度，减小调节时间的作用。但微分作用过强，会引起系统的振荡。模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机控制方法。常规模糊控制器的原理如下：模糊PID复合控制将模糊技术与常规PID控制算法相结合，达到较高的控制精度。当温度偏差较大时采用模糊控制，响应速度快，动态性能好；当温度偏差较小时采用PID控制，静态性能好，满足系统控制精度。因此它比单个的模糊控制器和单个的PID调节器都有更好的控制性

3、能。其基本原理如下：PID模糊控制重要的任务是找出PID的三个参数与误差和误差变化率之间的模糊关系，在运行中不断检测和，根据确定的模糊控制规则来对三个参数进行在线调整，满足不同e和时对三个参数的不同要求。以典型二阶系统单位节约响应的误差曲线为例进行分析如下。从误差曲线看出：（1）当误差较大时，说明误差的绝对值较大，不论误差的变化趋势如何，都应该考虑控制器的取较大值，以提高响应的快速性；而为防止因为瞬时过大，应该取较小的值；为控制超调，也应该取值很小。（2）当误差在中等大小时，为保证系统的响应速度并控制超调，应减小，值应增大，应适中。（3）当误差较小时，为保证系统具有良好的稳态特性，应加大、

4、的取值，同时为避免产生振荡，的取值应该和联系起来。模糊PID控制器分两步整定PID参数。①初始PID参数的整定：先测定被控对象参数的粗略值，应用初值整定规则确定PID的初始值；②参数的在线整定：监测控制系统的响应过程，将其模糊化，综合用户期望、控制目标类型、对象参数等，运用模糊推理自动进行PID参数的在线整定。系统框图如下：在用上述方法得到初值后，利用模糊规则实时在线整定PID控制器的3个修正参数、、，实现对水温的优化控制。选择输入语言变量为误差e和偏差变化率，语言变量值取〔NB,NM,NS,O,PS,PM,PB〕七个模糊值，选择输出变量为、、。建立的、、模糊控制规则如下表。总之，模糊控制

5、器将采样得到的温度误差及误差变化通过量化因子转到模糊论域，变为离散量，根据离散量确定模糊语言值查询、、模糊控制规则表，分别得到三个控制量的模糊量，再将其转化为精确量，查出修正参数带入PID控制模型得到控制量下面是模糊自调整PID控制算法的程序框图：李洪兴在对模糊控制器与PID调节器的关系进行了这样的论述：普通PID调节器在四维空间中是一个通过原点的超平面，及具有线性调节规律；模糊控制器在该空间中则是一张通过原点的分片三次曲面，整张曲面逼近一个（阶数可以很高）非线性调节规律，故其整体效果要比PID调节器好很多。然而，在原点附近，模糊控制器近似为PID调节器。不难看出，这种模糊控制器在温度偏差

6、较大时具有模糊控制器的全部优点，而在温度偏差较小时又具有PID调节器的所有优势。仿真程序及分析：被控对象为：采样时间为1ms,采用模糊PID控制进行阶跃响应，在第300个采样时间时控制输出加1.0的干扰，相应的响应结果如图1到图5所示。图1模糊PID控制阶跃响应图2模糊PID控制误差响应图3K自适应调整图4K自适应调整图5K自适应调整仿真程序：clearalla=newfis('fuzzypid');a=addvar(a,'input','e',[-33]);a=addmf(a,'input',1,'NB','zmf',[-3-1]);a=addmf(a,'input',1,'NM','t

7、rimf',[-3-20]);a=addmf(a,'input',1,'NS','trimf',[-3-11]);a=addmf(a,'input',1,'Z','trimf',[-202]);a=addmf(a,'input',1,'PS','trimf',[-113]);a=addmf(a,'input',1,'PM','trimf',[023]);a=addmf(a,'input',1,'PB','smf',[13