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一种参数自调整PID模糊控制器 2001年12月 第8卷第6期 基础自动化 BasicAutomatlon DeC200l VoI8,No6 文章绾号:1005—3662(2001)06—0012—03 一 种参数自调整PlD模糊控制器 谭支.王耀南,段峰 (期南大学电气与倌息工程学院.湖南长钞41~82) 摘要:结合传统pID控制原理,提出一种新型楼辅控制嚣蛄抽,即PⅢ型模糊控制器.为提高PiD控 制器性能,设计能在线调整PID参教的模翱控制方法.仿真结果袁明,自调整参教PID型模糊控鹤器使系统 在暂击响应厦穗志性能方面性能扰良. 关键词:PID型模糊控制嚣;出侧目子;在巍 中围分类号:TP273文献标识码:B 1引言 常规模糊PID控制器三维规则库给设计一 个性能好的调节器增加了诸多困难,而二维规则 库模糊PID型控制器设计简单,且性能较之模糊 PI和PD控制器好l2j.模糊控制器设计包括以 下步骤,即知识库设计,隶属函数选用及控制器参 数调整:为改善模糊控制器性能,对上面三步需 作认真考虑,包括调整控制器参数使系统具有实 时控制功能.因此,采用模糊控制时,应首先考虑 参数自调整.不少文献[2～6]就隶属函数选取, 常规一一 给定 控制器参数调整方法及模糊Pil1]型控制器参数 调整相继作过研究.本文设计的参数自调整控制 器更好地改善了控制效果. 2P{D型模糊控制器结构 模糊PI型控制器能消除稳态误差,但动态性 能不佳;而模糊PD型控制器暂态性能好却难于 消除静差.为兼顾暂态积稳态性能指标最优,理 想方法是将PI及PD两种控制器组台起来,利用 误差及误差变化率作为输人构造PID型模糊控 制器,其结构如图1虚线框内所示. 图1参数自适应模糊拉爿幕统 控制器输出为: r *G+kIudt=((k1G+26)+ r kii(kle+屉2G)dt二(GklG+ r G2)e+kiG~k1ledt+k2GG 式中,k1和k2是比例系数,是积分常数,, G及G是量化因子.从式(1)可见,第一项相当 比例部分,第二项相当积分部分,第三项相当微分 部分,即为PID型控制器输出表达式.设误差e, 误差变化率及辖出控制量经模糊量化后模 糊语言集合的子集分别为E,E,U,它们的隶属 函数均采用三角形,如图2所示. 田2E,,u的摩一菌数 吐幡日期:2001～02—02 作者倚介: .… ~(19 … 68-)一身?湖南源江人?湖南太学电气与信息工程学院讲师.醺士.主要从事智船控制理论与应用等方面的教 学与科研工作.～…… 第6期谭文等:一种参数自调整PID模糊控制器 输出控制量u经去模糊化处理(本文采用加 权平均法),通过比例积分求和运算对过程实行控 制.控制规则: TF￡是A:andEc是B,,thenU是C式 中z=1,2,…,;j=1,2,…,.而A是误差语 言变量值,B,是误差变化率语言变量值,e,是A 和B.的控制量语言变量值.模糊关系: R=UA×B,×e,(2) U=(A×B)oR(3) u的控制规则见表1,控制器性能随参数k 变化,效果明显不同;通过仿真实验可知减小参数 ,,即减弱了积分作用,增加了阻尼使系统变得更 加稳定;比例部分包括乘积项k*G,减少k则 比例作用减弱,系统抑制误差速度放慢. 裹1模糊控制规则 PSPMPB PBPBP丑 PMPMPB PSPMPB PSPMPB ZPSPM NSZPS NSNSZ 3参数自适应原理 控制系统阶跃响应曲线如图3所示,根据超 调次数将响应过程分为几个不同阶段.在每一阶 段根据实测到的输出峰值由参数调整器对控制参 数k和G实行自校正.具体算法: G=G/8^l )=五f4 ◇ 式中,G和k分别为控制参数初值,乱为峰值时 刻(k=1,2,…)输出采样误差绝对值=参数自 适应模糊控制系统见图1 f一 . |l围3控制幕统阶跃响应曲线 4控制参数自调整 性能好的控制器使系统输出快速且准确复现 输人,当二者出现偏差时,应很好利用它在线调整 控制器参数,使偏差快速达到预定范围.据上节 述说原理,结合控制器参数整定原则,由偏差 e(k)(k为采样时刻)构造函数fl(e(k))和,2 (e(k))来调节控制器参数, ,1(Ptk))=.1*abstP(k))+2(5) ,2(e(k)):b1-4-(1一abs(e(k)))+b2(6) 式中,nL,2,bL,b2是太于零的常数 控制器参数随时阈作自调整描述如下: ^:(e(k)):k1*,1(e(k))(7) G(())=G*,2(e(k))(8) ^(e(k))随误差减小而逐渐削弱积分作用;^ (e(k))则随误差减少逐渐减弱比例和微分作用. 控制器参数除调节和G,G—k外,还可调整 a1,n2,b1,b2,扩大了可调参数量范围.控制参 数