模糊PID控制算法.pdf

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1、万方数据第33卷第2期20lO年4月辽宁科技大学学报JournalofUniversityofScienceandTechnologyLiaoningV01．33No．2Apr．，2010模糊PID自整定算法在PLC中的实现王童谣1，胡建易2(1．大连交通大学电气信息学院，辽宁大连112001；2．辽宁科技大学电子与信息工程学院。辽宁鞍山114051)摘要：为了将模糊控制理论更好地应用到现场，提出了一种结合MATLAB仿真软件的PIE实现复杂模糊控制算法的快捷方法。实验结果表明，基于s7软件平台实现模糊PID自整定控制算法。对水位控制较常规PID控

2、制调节时间减少90s，超调量降低4％，改善系统的性能。模糊规则调节过程验证了结合MATLAB的PIE编程灵活性和便捷性。关键词：s7；模糊PID；MATLAB中图分类号：TP273．4文献标识码：A文章编号：1674—1048(2010)02．0149—04模糊控制将人的生产经验总结提炼成模糊控制规则，不依赖对象模型进行直接推理，在一些典型的非线性、大时滞控制系统中取得了比常规PID更好的控制效果【l’4】。目前，大多数模糊控制算法只停留在仿真阶段，并没有应用于工业实际。文献[5．7]提出了针对不同控制对象在PLC中实现模糊PID控制的算法，但没有

3、详细阐述具体实现的方法；文献[8]提出了一种PLC的编程策略，但在实现过程中较为繁琐，不利于现场调试和程序修改。针对模糊控制在实现中存在的问题，本文介绍一种在程序设计实现上采用MATLAB仿真软件和S7编程软件结合的具体方法，并将该算法用于S7—300中。1模糊PID算法及实现选择水箱液位控制作为研究对象，液位系统具有时变、滞后等特性。常规PID控制器以其成熟的技术在工业控制中得到了广泛的应用，典型常规PID控制只能利用一组固定参数进行控制，不能兼顾动态和静态性能，鲁棒性较差，对非线性、大时滞、时变参数等系统难以获得满意的控制效果。简单模糊控制器将

4、采样时所获得的误差及误差变化信号，根据其模糊化结果查询模糊控制表，转换为精确量后，直接作用于被控对象，极易在平衡点附近产生小振幅振荡，使整个控制系统不能拥有良好的动态品质差。模糊PID控制克服了常规PID控制和简单模糊控制的缺点。1．1模糊PID算法变K。、Ki和K。的模糊PID自整定算法克服了常规PID和简单模糊控制两种方法的缺点，但其参数选择具有一定的盲目性，调试时间相对较长。本文提出一种变△K。、△Ki和△K。的模糊PID自整定算法，可克服前面三种算法的缺点，达到更优的控制效果。其控制结构如图1所示。1．2模糊控制器的实现用PLC实现模糊控制

5、算法由模糊化程序、模糊推理程序和解模糊程序三部分组成。其中，模糊推理程序在PLC中实现较为困难，主要体现在模糊规则的编写、模糊规则表的生成和模糊规则的调试与修改三个环节。模糊规则主要由语言变量和IF-THEN语句构成，采用S7编程软件平台没有对应收稿日期：2010-01．09。作者简介：王童谣(1989一)，女，辽宁鞍山人。万方数据·150·辽宁科技大学学报第33卷的软件包，实现需要用户采用基本指令完成，难度较大；在调试过程中，若模糊规则发生变化，修改和调试过程十分耗时。为提高PLC的编程和调试效率，采用离线计算查询表的方法，使用MATLAB软件的

6、Simulink和Fuzzy工具箱——FISEditor，可方便地获得复杂的查询表。图l模糊PID自整定控制结构图Fig．1Stmtureoffuzzy-PIDadaptivecontrol(1)隶属函数在MATLAB中建立隶属函数有两种方法：一是编程实现；二是利用MATLAB中的FISEditor控件。第一种方法较为复杂，且修改不便；第二种方法较为直观，且实现和修改都较为简单，尤其在设计复杂的模糊控制器中优势更加突出。本文采用第二种方法，运用MATLAB的Fuzzy控制工具箱实现。考虑到控制的精度要求，输入输出各量的论域都为[一6，6]，语言变量

7、选PB、PM、PS、ZO、NS、NM和NB共7个。(2)规则表模糊控制设计的核心是总结工程设计人员的技术知识和实践操作经验。建立恰当的模糊控制规则表是设计好模糊控制器的关键。模糊控制规则表的建立来自对过程的认识和推理，通过分析系统控制对象和典型系统的单位阶跃响应曲线，并采取了偏差大优先的原则，即偏差大时以偏差为主的原则，最终确立了系统的3个控制规则表，如表1所示。表1AK。、AK．和△Kd的模糊规则表Tab．1Fuzzyruletableof△K。、△K，andAKd(3)查询表输出在Fuzzy工具箱——FISEditor中，推理(Implicat

8、ion)的方法为min，合成(Ag—gregation)的方法为n'lsX，去模糊化(Defuzzification)的方