P-模糊-PI滑模控制系统设计.pdf

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1、第4期总第２38期农业科技与装备Ｎｏ．4ＴｏｔａｌＮｏ．２38２０１4年4月ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔApr．２０１4P-模糊-PI滑模控制系统设计1223王超，任捷，孙哲，徐妍（1.国网辽宁省电力有限公司物资分公司，沈阳110004；2.国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司，沈阳110811；3.国网辽宁省电力有限公司铁岭供电公司，辽宁铁岭112000）摘要：针对PID控制器难以解决非线性、时变的复杂系统和模型不清楚系统的控制问题，利用模糊控制器能简单而有效地控制复杂的或模型不清楚的系统的优点，设计一种具有PID和模糊控制优点的P-

2、模糊-PID滑模控制系统，并将其应用于某温度被控对象。通过进行系统仿真并分析仿真结果，说明所设计的滑模控制系统具有较强的鲁棒性。关键词：滑模控制；P-模糊-PI；控制器；设计；仿真中图分类号：TM714.2文献标识码：Ａ文章编号：1674-1161（2014）０4-0037-03常规PID控制器是过程控制中应用最广泛、最基P本的一种控制器，具有结构简单、稳定性好、可靠性高
rt()et()ut()yt()的特点，其对线性定常系统的控制是非常有效的，一般都能得到比较满意的控制效果。简单的PD模糊控PI制器由于不具有积分作用，在控制系统中很难消除静态偏差，而且在变量分

3、级不够多的情况下，常常在平衡点附近会有小的振荡现象；但其对复杂的和模型不图1P-模糊-PI控制系统原理框图Figure1FunctionalblockdiagramofP-Fuzzy-PIcontrol清楚的系统却能进行简单而有效的控制。将这两种控system制方法结合起来，就可以构成兼有这两者优点的P-模糊-PID滑模控制系统。系统中：当│e│≥EP时，系统采用P（比例）控制；1P-模糊-PI控制系统原理当ZE≤│e│＜EP时，系统采用模糊控制；当│e│＜ZE时，系统采用PI（比例积分）控制。要提高基本模糊控制系统的精度和跟踪性能，就必须对语言变量取较多的语言值，即分档越细、性能2模糊控

4、制器设计越好，但同时带来的缺点是规则数和系统的计算量也2.1确定控制方案大大增加，以致模糊控制规则表也更难制定，调试更设被控对象为某温度控制的加热炉，其参考广义加困难，或者不能满足实时控制的要求。传递函数为G（s）=125（即将加热装置和加热炉100s+1解决这个矛盾的方法之一就是在论域内用不同看作一个整体），对象输入控制信号为0～5V，给定值的控制方式分段实行控制。当偏差大于某一个阀值为阶跃信号400℃。被控对象的阶跃响应曲线如图2时，用比例控制，以提高系统的响应速度，加快响应过所示。程；当偏差小于阀值时，切换到模糊控制，以提高系统设计一种采用多模态分段控制方案的系统，在由的阻尼性能，减

5、小响应过程的超调。这样就综合了比P控制切换到模糊控制时的阀值EP=│e│=100℃；例控制和模糊控制的优点。在此方法中，模糊控制的由模糊PID控制切换到PI控制的阀值为ZE=│e│=论域仅是整个论域的一部分，这就相当于模糊控制论10℃。域被压缩，即等效于语言变量的语言值分档数增加，2.2模糊PID控制器设计提高了灵敏度和系统精度。由此可采用一种多模态分2.2.1输入、输出变量隶属函数选择设计的模糊控制器段控制算法来综合比例、模糊和比例积分控制的长采用所谓“标准”形式，即二输入、一输出变量模糊集处，提出P-模糊-PID控制系统。这种系统具有较快论域均为[-6，6]，采用常用的三角形隶属函数。

6、的响应速度和抗参数变化的鲁棒性，系统控制框图如2.2.2偏差e（t）的论域及增益系数Ke值选择确定模糊图1所示。控制器输入变量的论域需要根据专家的经验，一般认为温度控制系统偏差不超过20℃，所以确定偏差收稿日期：2014-02-17e（t）的论域为[-20，20]，Ke的初选值为20·Ke=6，则作者简介：王超（1982—），男，工程师，从事农业电气化与自Ke=6/20=0.3。因此在设计中初步选定Ke=0.3。动化方面的研究工作。38农业科技与装备２０１4年4月为e觶的最大值为2.23℃/S的20%，即2.23×0.2=0.45cct（()t）/()℃（℃/S）。则e觶的模糊集论域为[

7、-0.45，0.45]℃/s。增益系

数Kc的初选值为0.45×Kc=6，则Kc=13.5。2.2.4模糊控制器输出u(kT)论域及增益系数Ku的选择由

ct()于模糊控制器采用增量输出方式，输出量为Δu(kT)，A论域为[-6，6]，输出稳态值为400℃，则400×Ku=6，所
以Ku初选值约为0.02。2.2.5控制规则表的制定控制规则表的制定需要根据
专家的指导，满足完备性与一致性的要