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1、FuzzyPID算法在炉温控制中的应用*基金项目：运城学院院级科研项目（2008118）作者简介：张慧鹏（1980-），男，山西运城人，运城学院助教，硕士，研究方向为机械设计理论及自动控制，（E-mail）：zhp204@163.com钮王杰（运城学院机电工程系，山西运城044000）摘要：在工业电炉的控制过程中,由于被控参数具有时变、非线性、不确定等因素,常规PID控制算法难以满足控制要求。采用模糊PID算法实现对工业电炉的控制,利用模糊推理在线整定PID控制器的3个参数KP,KI,KD。仿真结果表明,该控制器具有较好的快速性和稳定
2、性。关键词：模糊控制;参数整定;PID;算法中图分类号:TP312文献标识码:B文章编号:1004373X(2006)1815403FuzzyPIDAlgorithmsApplicationintheStoveTemperatureControlNIUWangjie(YunchengUniversity,Yuncheng,044000,China)Abstract:Inindustryelectricstovecontrolprocess,becausecontrolledtheparameterhastimechanges,then
3、on-linearity,notfirmlyandotherfactors,theconventionalPIDcontrolalgorithmissatisfiedwiththecontrolrequestwithdifficulty.Inthispaper,itusesthefuzzyPIDalgorithmtocontroltheindustryelectricstove,andusesfuzzilyinfersonlineadjustingPIDthecontroller3parametersKP,KI,KD.Thesimul
4、ationresultindicatesthiscontrollerhasabetterrapidityandthestability.Keywords:fuzzycontrol;parameteradjusting;PID;algorithm:1引言对于工业控制过程,PID控制器具有原理简单、使用方便、稳定可靠、无静差等优点,因此在控制理论和技术飞跃发展的今天,他在工业控制领域仍具有强大的生命力。但在工业炉控制中,由于电热管功率、通风管气流温度和热风之间存在非线性和不确定的关系,再加之外界干扰,尤其是当控制对象参数发生变化时,传统的
5、PID控制必须对参数重新整定,才能实现对工业电炉精确稳定的控制。对此,本文设计了一种FuzzyPID控制器,根据电炉的实际响应,通过模糊规则进行推理和决策,在线整定PID控制器的3个参数,以实现对电炉的优化控制。仿真结果表明这种设计方法完全有效。2工业电炉FuzzyPID控制器的结构和原理FuzzyPID控制器结构如图1所示[1,2],首先根据模糊数学的理论和方法,将操作人员的调整经验和技术知识总结成为IF(条件)THEN(结果)形式的模糊规则,并把这些模糊规则及相关信息(如初始的PID参数)存入计算机中。根据电炉的响应情况,计算出采
6、样时刻的偏差e及偏差的变化率ec,输入控制器,运用模糊推理,进行模糊运算,即可得到该时刻的KP,KI,KD,实现对PID参数的最佳调整。FuzzyPID控制器主要由模糊化、模糊推理、去模糊化3部分组成。3工业电炉FuzzyPID控制器的设计常规PID控制器作用可用以下的位置算式描述:FuzzyPID控制器是在PID参数预整定的基础上,利用模糊规则实时在线整定PID控制器的3个修正参数KP,KI,KD,实现对炉温的优化控制。文中采用ZieglerNichols法求解KP,KI,KD,实现参数的预定。FuzzyPID控制器的设计可以分为以
7、下3部分完成:3.1输入量偏差e及偏差变化率ec的模糊化模糊控制器的输入、输出变量都是精确量,模糊推理是针对模糊量进行的,因此控制器首先要对输入量进行模糊化处理。在所设计的FuzzyPID控制器中,输入、输出变量的语言值均分为7个语言值:[NB,NM,NS,O,PS,PM,PB],隶属度函数采用灵敏性强的三角函数。为增强系统的鲁棒性,提高隶属变函数的分辨率,在0值附近的函数形状取得更陡,形式如图2所示:e的基本论域为:[-100!,100!];ec的基本论域为:[-5,5];KP的基本论域为:[-1,1];KI的基本论域为:[-000
8、2,0002];KD的基本论域为:[1,1];以上各变量的模糊量分别为E,EC,KP,KI,KD;其论域均为[-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6];输入量e及ec的量化因子为ke=006,ke
