基于模糊自整定 PID 控制器的非线性系统仿真

基于模糊自整定 PID 控制器的非线性系统仿真

第23卷　第3期2004年6月兰州交通大学学报(自然科学版)JournalofLanzhouJiaotongUniversity(NaturalSciences)Vol.23No.3June.2004

　　文章编号:1001-4373(2004)03-0062-03

基于模糊自整定PID控制器的非线性系统仿真

顾生杰,　刘春娟

(兰州交通大学信息与电气工程学院,甘肃兰州　730070)

Ξ

摘　要:将PID控制与Fuzzy控制的简便性、灵活性以及鲁棒性融为一体,构造了一个自适应模糊PID控制器.通过模糊控制规则在线调整PID控制器的参数,并利用MATLAB语言结合具体实例方便而快速地实现了该控制器的计算机仿真.仿真结果表明:该控制方法提高了非线性系统的动、静态特性,使系统获得了较好的性能.关键词:模糊自整定;PID控制器;非线性系统;仿真中图分类号:T9273.2　　　　　文献标识码:A

0　引言

PID控制是最早发展起来的控制策略之一,由

于其算法简单、可靠性高和对模型依赖程度小,被广泛应用于工业过程中.但是,参数整定及在线自适应调整都是常规PID控制器难以解决的问题.目前对PID整定方法的控制效果都不错,但它们局限于线

固定的参数,这种控制方法在某些系统中不能兼顾

静态与动态特性.

自适应模糊PID控制器根据模糊控制原理,以误差e和误差变化ec作为输入信号,这样可以满足不同时刻的e和ec对PID参数自整定的要求,利用模糊控制规则在线对Kp、Ki、Kd三个参数进行修改.其结构如图1所示

.

性系统,不适用于非线性系统.在实际的工程应用中,控制系统普遍存在着非线性、时变性等不确定性因素,当非线性特性较强时,传统的基于线性化建模的PID设计方法难以获得良好的控制效果.而模糊控制以其特有的优点,在控制领域内得到了广泛的应用,为解决上述问题提供了新的途径[1].

本文将模糊控制和PID控制结合起来,根据各自的特点构造了一个自适应模糊PID控制器,并结合MATLAB环境下的模糊逻辑工具箱对其进行了仿真研究.

图1　自适应模糊控制器结构

Fig.1　Structureofself-adjustingFuzzycontroller

1.2　模糊控制器的设计[3]

1.2.1　模糊控制器的输入、输出变量及其语言描述

PID参数模糊自整定关键是找出PID三个参数

Kp、Ki、Kd与输入偏差值e及偏差变化率ec之间的模

1　自适应模糊控制器的设计

1.1　系统结构设计

标准的PID控制器数学模型为:[2]

u(t)=Kpe(t)+Ki

∫

t

)dτ+Kde(τ

dt

糊关系,在系统运行的过程中,不断监测e、ec,再根据模糊控制原理来对三个参数进行在线修改,以满足不同的e和ec时刻对控制参数的不同要求.鉴于以上分析,选择系统偏差e及偏差变化率ec作为模糊控制器的输入变量,以Kp,Ki,Kd三个参数作为输出变量.定义e,ec模糊量的模糊子集为{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB},论域为{-3,3};Kp,Ki,Kd模

式中:e(t),u(t)分别为PID控制器的输入和输出.其控制作用u由误差e的比例、积分、微分三项之和给出.PID控制中的比例增益Kp、积分增益Ki和微分增益Kd多是按一定的控制性能要求,整定出一组

Ξ收稿日期:2003-10-27

作者简介:顾生杰(1973-),男,甘肃靖远人,工程师,硕士生.