过程工业基于模糊自适应pid控制器的鲁棒控制

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1、过程工业基于模糊自适应PID控制器的鲁棒控制余春111101217自动化学院摘要：常规PID控制原理简单，容易实现，稳态无误差。但是对于大多数工业过程中存在的非线性、参数吋变性、模糊不确定性等问题，难以实现精确控制。本文在考虑大扰动和不确定性的情况下基于模糊PID控制器设计了一种鲁棒控制方法，并利用SIMULINK进行仿真。仿真结果表明，该PID控制器相对于常规PID控制器具有更好的控制效果。关键字：模糊控制；PID控制；自适应控制；过程工业1引言常规PID控制原理简单，容易实现，稳态无误差，因此长期以来广泛应用于工业过程控制，并取得了良好的控制效果。即使在控制飞速发

2、展的今天，使用最多的控制方式还是PID控制。传统的PID控制主要是控制具有确切模型的线性过程。实际上，大多数工业过程都不同程度地存在非线性、时延和干扰问题，因而一般的PID控制无法实现对这样种过程的精确控制。模糊控制对数学模型的依赖性弱，不需要建立过程的精确数学模型。因此，木文研究的模糊自适应PID控制系统能在控制过程中对不确定的非线性、延迟和干扰等因素进行检测分析，采用模糊推理的方法实现PID参数Kp、Ki和心的在线自整定，不仅保持了常规PID控制系统的原理简单、使用方便、鲁棒性较强等特点，而且具有更大的灵活性、适应性、精确性等特性，是目前较为先进的一种方法。2模糊

3、自适应PID控制器的设计2.1模糊自适应PID控制系统机构自适应模糊PID控制器以谋差c和误差变化cc作为输入，可以满足不同时刻的误差e和误差变化ec对PID参数自整定的要求，从而使控制对象具有良好的动态性能和静态性能。利用模糊控制器规则在线调整PID参数。本文模糊自适应PID控制器机构图如图1所示。2.2对象描述以工业过程中典型的锅炉为控制对象，输入的水通量和水位的数学描述为亠、005G(s)=——8.5?+52.3常规PID控制器的设计先采用常规PID控制方法来控制被控对彖，PID系统原理图见图2,PIDController子系统原理图见图3。其屮输入信号为单位阶

4、跃信号，采用周期为O.OlSo通过试凑法，PID控制器初始值设置为：比例增益Kp=300,积分系数Ki=0.3,微分系数Kd=280o图1模糊自适应PID控制器机构图图2传统PID控制系统原理图In1Gsin5Derivative图3PIDController子系统原理图2.4模糊自适应PID控制器的设计模糊自适应PID控制系统由PID子系统和模糊控制器两部分构成。其中PID子系统原理图如图4。模糊控制器设置如下:"Andmethor"设置为“min”，“Ormethor"设置为"max”，“Implication”设置为"min”,“Aggregation”设置为"

5、max”,“Defuzzification"设置为"centroid”，具有两输入：e和ec,三输出:和△Ki和风。这五个参数论域皆为{・6,・5,・4,・3,・2,・1,0,1,2,3,4,5,6},模糊集皆为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PS},隶属度函数均为三角形类型，其中e的隶属度函数如图5oAdd2图4pidr-系统原理图inputvariablee图5e的隶属度函数根据所述参数整定原则及专家经验，可列出相应的参数调节规则表，如表1-表3所示。表1A心值调节规则表NBNMNSZ0PSPMPBNBPBPBPMPMPSZ0Z0NMPBPBPMPSPSZ0

6、NSNSPMPMPMPSZ0NSNSZ0PMPMPSZ0NSNMNMPSPSPSZ0NSNSNMNMPMPSZ0NSNMNMNMNBPBZ0Z0NMNMNMNBNB表2△«值调节规则表AkECNBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNMNMNSZOZONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSPMPBPMZOZOPSPSPMPBPBPHZOZOPSPMPMPBPB表3Akd值调节规则表ANBNMNSZOPSPMPBNBPSNSNBNBNBNMPSNMPSNSNBNMNMNSZONSZONS

7、NMNMNSNSZOZOZONSNSNSNSNSZOPSZOZOZOZOZOZOZOPMPBPSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMPSPSPB2.5系统仿真设计原理图为便于传统PID控制器与模糊自适应PID控制器之间的性能比较，设计整体的仿真设计原理图如图6,其屮PID子系统设计模块见图4。此外我还设计了第二种方案，其传统PID控制器部分一样，模糊自适应PID控制器设计不同，整体设计原理图如图7o其中Fuzzy子系统原理图如图8,PID子系统原理图如图9。第一种设计方案模糊自适应控制器各参数设置如下：数量因子Ke=0.005,KeC=0.005