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《基于积分分离模糊pid的温度控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第39卷第5期西南大学学报(自然科学版)2017年5月Vol.39No.5JournalofSouthwestUniversity(NaturalScienceEdition)May.2017DOI:10.13718/j.cnki.xdzk.2017.05.028基于积分分离模糊PID的温度控制系统设计①吴廷强1,阎昌国1,罗德莲21.遵义师范学院工学院,贵州遵义563002;2.遵义师范学院物理与电子科学学院,贵州遵义563002摘要:针对温度控制系统采用传统PID控制方法易出现响应速度慢、超调量大、控制精度低等问题,提出了一种基于积分分离模糊PI
2、D控制的改进方法.阐述了该方法的工作原理,设计了控制器参数,并结合温室温度控制系统对该方法以及传统PID、模糊PID进行了系统性能实验的对比分析.结果表明,采用该方法设计的温室温度控制系统,有响应速度更快、超调量更小和控制精度更高等优点,具有较强的工程应用价值.关键词:温度控制系统;传统PID;积分分离;模糊PID中图分类号:TP273文献标志码:A文章编号:16739868(2017)05018505温度是农植物生长的一个重要物理量,过高与过低的温度都会抑制农植物的生长,故合理地控制温度[1-2]对促进农植物生长、提升其产量有着十分重要的意义.目前
3、,温度的控制方法以PID控制最为常见,它具有结构简单和稳定性好的优点.而在复杂的温室温度控制系统中,因其被控对象的大时滞性、强非线性与不确定性等特点,很难建立被控对象的精确数学模型,致使用传统PID设计的系统存在适应能力弱和控[3-4]制精度低等问题.为此,本研究提出了一种积分分离模糊PID温度控制的改进方法,该方法兼容了PID[5-6]控制与模糊控制的优点,使得其不再依赖被控对象的精确数学模型,而且还能大大地提升温度控制系统的整体性能.通过仿真与实验结果证明,与传统PID控制方法相比,用本研究所提出的方法设计的温度控制系统有更高的控制精度与更强的鲁
4、棒性能,更能符合温度控制系统的发展需求.1工作原理图1为本研究所提出的积分分离模糊PID控制方法的结构框图,主要由模糊控制器与积分分离PID控制器两部分组成.其中,模糊控制器是一个2维输入、3维输出的系统,其输入为温度偏差量e(给定值r与输出值y的实时检测量之差)与ec(温度偏差量的变化率),输出为PID控制器的增益调节量ΔK(比例调节p量)、ΔKi(积分调节量)与ΔKd(微分调节量).则PID控制器的各参数Kp,Ki与Kd可表示为ìïKp=Kp0+ΔKpïíKi=Ki0+ΔKi(1)ïïîKd=Kd0+ΔKd式中:Kp0,Ki0与Kd0为PID控制
5、器的初始控制参数,均是常量;而ΔKp,ΔKi与ΔKd是关于e与ec的函数,均是变量.因此,模糊控制器能根据不同的e与ec实现PID控制参数的在线自整定,从而增强了该方法的适应性与灵活性.而作为基本控制器的积分分离PID控制器的传递函数可表示为①收稿日期:20161009基金项目:贵州省科技厅基金(黔科合LH字[2016]7019号);贵州省科技厅基金(黔科合LH字[2015]7054号);贵州省科技厅基金(黔科合LH字[2015]7043号).作者简介:吴廷强(1975),男,贵州遵义人,讲师,主要从事机电一体化应用技术研究.2西南大学学报(自然科学
6、版)http://xbbjb.swu.edu.cn第39卷图1积分分离模糊PID结构框图β*KiG(s)=Kp++Kds(2)s其中,β为分离系数.针对温室的温度被控对象,在本研究所提方法中,β的具体取值为ìï1
7、e
8、≤5℃ïβ=í0.55℃<
9、e
10、<10℃(3)ïïî0
11、e
12、≥10℃当
13、e
14、≥10℃时,取β=0,规定此时不引入模糊控制算法,控制器等价于PD控制,能提高系统的快速响应能力;当5℃<
15、e
16、<10℃时,规定此时引入模糊控制算法,且取β=0.5,控制器等价于半积分分离模糊PID控制器,能避免PD到PID控制转换时产生较大的扰动;当
17、e
18、≤5
19、℃时,规定此时引入模糊控制算法,且取β=1,控制器等价于模糊PID控制,能提高系统的控制精度与鲁棒性.2控制器设计2.1初始控制参数设计[7-8]研究已表明,温室温度控制系统的数学模型可用一阶惯性滞后环节来描述.其传递函数为-τsK*eG0(s)=(4)Ts+1式中:K取0.9,为被控对象的静态增益;T取150,为被控对象的惯性时间常数;τ取60,为被控对象[9]的滞后时间常数.因其含有大滞后环节,故本研究采用了表1所示的ISTE最优整定法来求取初始控制参数:b1ìïa1æτöKp0=ç÷=2.633ïkèTøïïKp0*(a2+b2(τ/T))íK
20、i0==0.016(5)ïTïb3ïæτöïKd0=Kp0a3Tç÷=66.30îèTø表1ISTE最优整定
