一阶惯性环节的模糊PID自整定控制算法的设计

第15卷第2期 高等职业教育—天津职业大学学报 Vol.15，No.2

一阶惯性环节的模糊PID自整定控制算法的设计

董春霞

（天津职业大学，天津 300402）

摘 要：提出一种新型的智能控制算法——模糊自整定PID控制算法，并进行单纯PID控制、模糊控制算法与这种新型控制算法的仿真比较。这一控制算法具有很强的适应性、鲁棒性和抗干扰性。

关键词：模糊控制，PID控制，MATLAB仿真

中图分类号：TP273 文献标识码：B 文章编号：1008-8415[2006] -02-0045-04

1 引言

常规PID控制原理简单，容易实现，稳态无静差。因此，长期以来广泛应用于工业过程控制，并取得了良好的控制效果。已知对象的精确数学模型时，只要正确设定参数，PID调节器便可实现作用。但是，在实际的工业生产中，大多数工业过程都不同程度地存在非线性、参数时变性和模型不确定性，因而一般的PID控制无法实现对这样过程的精确控制。由于模糊控制不需要建立过程的精确模型，所以得到了越来越广泛的应用。针对PID控制和模糊控制的各自特点，国内外学者分别采用不同的方法将模糊控制与PID控制相结合，研究出了多种模糊PID控制。

本文是基于参数初始整定的模糊PID和模糊控制相结合的控制方法。具体过程如下：在控制的初期阶段和模糊PID自整定控制不能满足所要求的控制品质时，采用模糊控制作为引导控制，辨识机构根据在该阶段得到的信息对被控对象进行辨识。当辨识精度达到一定的要求时，利用辨识出的模型参数整定出PID控制参数初值，并切换控制开关，投入模糊PID参数自整定控制过程中，通过不断的调整PID参数，以得到最佳的控制效果。

2 PID整定算法

PID整定方法是在基于辨识的基础上，应用模糊推理在初始整定的PID参数基础上进行模糊PID自整定调整。这个部分包括如下两个方面：一是初始PID参数的获取；二是PID参数的在线自整定，现分别介绍如下：

2.1 初始PID参数的获取 2.1.1 滞后时间的识别

通过仿真试验结果表明，取响应曲线上升到KR（0.5%~1.5%）时所用的时间作为滞后时间比较好，其中，R为阶跃信号的幅值。

2.1.2结构参数的辨识

模糊PID自整定控制方法要在线估计系统的参数，有很多种参数估计的方法，用的比较多的有最小二乘法、广义最小二乘法和随机逼近法等。而最小二乘参数辨识方法无论从应用角度，还是从物理意义上看，都是最主要和最基本的辨识方法。最小二乘法辨识方法不仅适用于在线辨识，而且算法简单、鲁棒性强，它只需系统满足闭环可辨识条件，便可利用运行期间收集到的由于设定值变化或自然出现的低幅值扰动而产生的输入、输出数据来获得对象的数学模型。

本文所考虑的被控对象可由一阶纯滞后惯性环节来表

τs

示，其传递函数为：G(s)=Ke

TS+1

K为静态增益；T为时间常数，τ为纯滞后时间。

图1 模糊PID参数自整定结构框图

于工业对象而言，一般是闭环可辩识的，不需外加激

收稿日期：2005-12-25

作者简介：董春霞（1977—），女，河北丰润人，天津职业大学机电学院，助教。

··45