柴油机模糊-PID控制器的设计与验证.pdf

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1、刘国栋宋恩哲朱晓骅徐繁荣沈锡江：柴油机模糊一PID控制器的设计与验证—必——篼———必—()设计研究《f——f—f—f—f—}柴油机模糊一PID控制器的设计与验证TheDesignandVerificationofDieselEngineSFuzzy-PIDController刘国栋’宋恩哲朱晓骅’徐繁荣’沈锡江’(1．上海空间推进研究所2．哈尔滨工程大学)[摘要]针对实际应用中的PID控制策略，存在着自身的稳定性和快速性矛盾，以及柴油机的非线性、时变、时延等特点。本文基于PID控制和模糊控制理论，结合专家丰富经验，通过变量模糊化、模糊推理、模糊规则制定、解模糊判决等，设计了一

2、种新型的模糊自校正PID控制器。试验结果显示．设计的模糊自校正PID控制器对柴油机在不同运行条件下的工况，有着很好的适应性，能够很好地满足柴油机运行指标的要求。[关键词]柴油机模糊-PID规则调速SimulinkKeywords：DieselengineFuzzy—PIDRuleSpeedgoverningSimulink刖昌的二维模糊PID控制器．模糊控制采用二输入三输出的控制系统。该控制器是在PID控制算法的基础模糊控制是在智能控制理论下迅速发展起来的一种控制器，它不需要人们建立精确的被控对象上，以转速偏差e及其转速偏差变化量e为输入变数学模型，而是依据专家已有的控制经验和

3、实际生量，以增量Ak、Ak、△k。为模糊控制输出变量，再产过程积累的丰富工程知识来建立模糊控制规则，由公式(1—1)计算出PID控制器当前输出的三个参然后进行模糊推理。因此，基于模糊控制理论的柴数kP、kI、kD。油机控制既属于计算机数字控制的范畴，也属于非IkP=kP’+△kPfP线性智能控制的领域I1l圈。基于模糊的柴油机控制，{kI=k1’+Akl(1—1)其基本发展现状如图1所示。【kD=kD’+△kl965牛．炎嘲删镯魁l大学册翻劫拄1985：~F．对模糊推理集成模块进行开发；式中：k’——常规P1D控制器的比例系数授kA．z#deh，次提出穰1lij}鬃台的概念16

4、年，稹糊控潮器在日本成为商品：麒f使人经验参与控制过拌成为了吱际蠲k’——常规PID控制器的积分系数1987q~，日本仙台地铁成功运蚪j模糊控制k。’——常规PID控制器的微分系数1973~，II_A．zad曲研究r挺糊语言△kr模糊控制器输出比例的增量处理，制定了模糊推理的理论基础199@~，日本OK公司将模糊铤合理论成功运用于汽发动机挣料'姨置△k——模糊控制器输出积分的增量△k『_一模糊控制器输出微分的增量lq93年Mar}jnez和如midi将巾窭糊控制应用于发动机的怠速控制中比例环节的修正系数——积分环节的修正系数l9s0年，袄栅狂制避八匝镶域：1984~，嘲际模糊系

5、统学会成立；微分环节的修正系数I985年，筇一届阚蕲模糊系统学会召开鼍刖慢瑚删琥州霜多7c硬展，模糊预期』控制、模糊多变罐控为满足不同采样时刻输人变量e和e对PID控制1985q：，对模糊摊理集成模块进行阡发1986年，模糊控割器住口本成为商．；制、模糊变结构控铷以及模糊PID控器三个参数自校正的要求。利用模糊控制规则对制等技术口趋成熟19卵年，疆本他台地铁成功运娜模糊拄PID参数进行在线修正，使被控对象具有良好的动图1模糊控制发展现状框Itt静态性能。满足不同工况下柴油机工作指标的要模糊自校正PID控制的校正机理求，从而构成模糊自校正PID控制器。其结构如图2所示本文设计的模

6、糊自校正PID控制器是一个典型2内燃机与配件2012年第8期对柴油机调速系统中模糊自校正PID控制器的模糊△k—————■PID控制品质进行分析与优化研究，依据的主要是柴油机调速控制系统的过渡过程响应曲线。如图3所示。州Ir+推理垒调节．冈I；ll广一_]l：器]!卜c图2模糊目校正PID控制莒瞢作用机理模糊自校正PID控制器的工作机理为：在常规PID控制器的基础上，采用模糊逻辑推理方法来调整PID控制算法中的参数。经过模糊推理，查询模糊图3控制系统输出响应曲线矩阵表，然后得出结果，该结果不是作为最终的控通过图3，可以获取用于柴油机控制的经验信制输出，而是采用该结果来校正PID

7、的三个参数，最息，从而确定模糊自校正PID控制器的算法如下：后根据PID的输出来控制被控对象『3]。(1)当实际转速远远小于目标转速时，或者当2变量模糊化实际转速依然小于目标转速，但是与目标转速之间所谓模糊化．指通过模糊的关系运算将精确的的偏差有减小的趋势时．即为输出响应处于区间I数字量转换为模糊变量。模糊化过程的方法通常有时。起始e较大，e(k)>0，e(k)<0，应该首先大大增加两种：第一种是将精确的数字量，通过离散关系将控制量．然后应该综合考虑偏差大小和偏差变化率其离散化处理，从而获得