热水锅炉温度控制的模糊pid参数自整定方法

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1、热水锅炉温度控制的模糊PID参数自整定方法张秀滢刘强(中煤邯郸设计工程有限责任公司)摘要：针对热水锅炉温度控制中PID参数人工整定的困难和参数自整，．『厂一模糊比例、积分、微分系数定的必要性，对Fuzzy—PID参数自整定原理和方法进行了讨论，并对燃煤热比例系数K=Kj+，E(2)水锅炉供暖系统进行了试运行，表明其正确、有效和实用性。积分系数KFK，+，EC／l(3)关键词：锅炉温度控制模糊PfD参数自整定微分系数KtmK，EC(4)0引言其中，Ec／，Ec／、，E为模糊推理的结果，即为参数校PlD算法由于其结构简单、鲁棒性好和可靠性高的特点，成为迄正量K、K、K为参数初值。

2、今为止应用最广泛的控制算法。然而在热水锅炉的温度控制中，由于在模糊自整定PID控制器中，我们把偏差EC和偏差的变化率被控对象具有非线性、时变、大滞后等特点，且热水锅炉温度控制受环作为输入变量，。、K、作为输出变量。E和C语言变量的论域为境温度和燃料等诸多因素影响，导致难以建立精确的数学模型，难以{一6，一4，一2，0，2，4，6)，K⋯K、K，语言变量的论域为：{一3，2，一1，O，确定最佳的控制器参数。此时，传统的PID控制对进一步提高控制对1，2，3)，各变量的语言值为{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}。考虑到对论象的质量遇到了极大的困难，难以获得良好的效果。为了

3、克服常规域的覆盖程度和灵敏度、稳定性、鲁棒性的原则，各变量的隶属函数PID调节器的不足，提高其性能，人们进行了进一步的研究。曲线见图2、图3。模糊控制是智能控制理论的一个分支，近十年来正以它全新的控制方式在控制界受到了极大的重视并得到了迅速发展。与传统的PID控制方式相比，它具有特别适合于那些难以建立精确数学模型、非线性和大滞后的过程等特点。但是经过深入研究，也会发现基本模糊控制存在着其控制品质粗糙和精度不高等弊病。因此，本文提出一种将模糊控制和PID控制相结合起来，通过模糊控制实现PID参数自整定的方法来调节锅炉出水温度。这种Fuzzy—PID策略，模糊控制的采用不是代替P

4、ID控制，而是对传统控制方式的改进和扩展，它既保持了常规PID控制系统结构简单、使用方便、鲁棒性强、控制精度高的优点，又采用模糊推理的方法实现了PID参数Kp、Ki、Kd的在线自整定，兼具了模糊控制灵活性、适应性强的特点，相比单纯的任一种控制效果都要好。本文设计一个参数自整定模糊PID控制器来完成对热水锅炉的温度控制，并在MATLAB／SIMULINK环境下对其进行仿真研究。1模糊自整定PID控制器设计1．1模糊PID控制器结构模糊自整定PID算法的实质是找出PID三个参数与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e和ec，根据模糊控制原理来对三个参数进行在线修改，三个参

5、数进图3输出变量KD、Ki、Kd的隶属函数曲线行自整定的基本思想是：依据被控对象的响应在采样时刻的误差及关于模糊控制规则的建立，由图1可见，此模糊控制器是以E误差的变化趋势这两个因素来确定参数调整量的极性和大小，本质和EC作为输入语言变量，以、、作为输出语言变量的两输入上同时兼顾了被控对象响应的“静态性能”(是高于还是低于给定三输出的模糊控制器，其控制规则就是对参数、、的调节规值)和响应的“动态性能”两个因素，既看现状，也看动向。其算法过则。根据上述的参数整定原则及专家的经验，可列出相应的参数调程就是利用对应的规则集，将控制指针(条件)模糊化，然后将它与节规则，如表1—3所示

6、。知识库中的模糊规则进行匹配，如有规则匹配，则执行该规则的结表1Kp的控制规则表果部分，就可得到相应的参数调整量k。、k．、k。P嚣P餮PSZNS辩糕其结构如图1所示。导怒N醚M蕞础0ZP礴凇硪N馥p0ZPSPS潲勰对SNgPSpS湍础NSZP,t-；P氍P鞲KSNSNSPS箍p箍p箍N蛙KSZPSPS琏FBPBrNBZPSP精P楚PBp表2Ki的控制规则表图1模糊自整定PID控制器结构图1．2模糊PID控制器设计模糊自整定PID参数控制器的控制PP强PSZ{1S辩鞋w8作用可以用式(1)描述：PBPBPBP耩P强．PSZZt(k)=k占)+K

7、E()+K￡C)n1P弼PBP

8、gPI[PSPSZZJ0PSPBP鬣PSPSZNS勰式中“．卜模糊自整定PID控制器输出：ZP箍P强PSZNSl秘礴E(kk-系统偏差N耋PSP8ZNSNS麟船∑E一偏差积累；撩Z2i／SNSl~it雠潞』Ec．卜偏差变化率：l,rgZZI,IS磁璐NB32‘}表3Kd的控制规则表2．3仿真与分析从Simulink中选择所需的模块组成如图4所示的自整定模糊PID控制系统。根据热水锅炉被控对象一温度的特}ePB蕞；PSZ尊eNS性，用一阶带滞后来表示被控对象，仿真对象的传函为}糯P8PSSP辩P裂p嚣P嚣