1、本 科 毕 业 设 计基于 Fuzzy 推理的 PID 控制器设计所在学院 专业班级 电气工程与自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I摘要在现代工业控制中，很多情况下都是采用PID控制，PID控制算法可以用软件实现，所以在工业过程中得到广泛应用。但随着工业技术和工业现代化的发展，工业生产领域对控制精度、响应速度、系统稳定性及自适应能力要求越来越高，普通PID控制在控制过程中容易受到外界干扰而使控制系统无法达到令人满意的控制效果，人们一直在寻求PID参数调整的自适应技术，以适应复杂的工况和高指标的控制要求。随着控制理论和计算机技术的发展，人们利用人工智能的方法将操作经验作为
2、知识存入计算机中，计算机能根据工况和控制要求自动调整PID参数，实现PID的智能控制。本文设计一种模糊自调整PID控制器，以提高控制精度。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，此控制器的比例系数、积分系数和微分系数，可根据模糊推理规则进行在线调整。并利用MATLAB语言结合具体实例方便而快速地实现了基于Fuzzy推理的PID控制系统的计算机仿真。仿真结果表明，该控制方法能提高系统的动态特性,使系统获得较好的性能。关键词：Fuzzy推理；PID控制；参数自整定；仿真IIAbstractIn the modern industrial c
3、ontrol, PID control are used in many cases, PID control algorithm is widely used in the industrial process for it can realize by using software. But with the development of the industrial technology and industrial modernization, the requirement for Industrial production field is higher and higher in
4、 control acc to be curacy, response speed, the system stability and adaptive ability. Ordinary PID control is easily be disturbed in the control process so that it makes the control system unable to achieve satisfactory control effect. People have been seeking PID parameters adjustment adaptive tech
5、nology, in order to adapt to the complex work and the high index of the control requirements. Along with the development of the control theory and computer technology, People use artificial intelligence to place operation experience in a computer as knowledge, and the computer can adjust the PID par
6、ameters automatically according to the working conditions and control requirements in order to realize PID intelligent control.This paper presents the design of a fuzzy self-tuning PID controller in order to improve the control precision. It treat Fuzzy control and PID controls simplicity, flexibili
7、ty and robustness as a whole, and constructs a adaptive fuzzy PID controller whose scale coefficients, integral coefficients and differential coefficient can adjust on-line according to the fuzzy inference rules. And realized the computer simulation of the controller easily and quickly by the usage
8、of MATLAB language combined with Based on Fuzzy reasoning PID control an instantiation. The simulation results show that this control method improves the systems dynamic property and makes the system achieves better performance.Key words：fuzzy reasoning; PID control; parameter self-adjustable; simul
9、ation III目 录第 1 章 绪 论 .11.1 研究的背景及意义 .11.2 模糊控制的研究现状 .11.2.1 国外模糊控制的研究现状 .11.2.2 国内模糊控制的研究现 状 .51.2.3 研究中所存在的问题 .6第 2 章 PID 控制器 与模 糊控制技术 .72.1 PID 控制器概述 .72.2 传统 PID 控制 器的结构及原理 .72.3 模糊技术概述 .82.3.1 模糊理论的发展 .82.3.2 模糊控制 的应用 .9第 3 章 模糊自适应 PID 控制器的设计 .113.1 模糊 PID 控制器的结构 及原理 .113.2 PID 控制器的参数整定规则 .113.
10、3 模糊自适应 PID 控制器实现的主要步骤 .123.4 模糊自适应 PID 控制器的 控制流程 .14第 4 章 模糊自适应 PID 控制 器的仿真研究 .174.1 Matlab 简介 .174.2 采用 MATLAB 进行仿真 .174.2.1 设置模糊 控制器 .174.2.2 建立模糊 PID 控 制器与常 规 PID 控制器的比较框图 .19总 结 .23致 谢 .24参考文 献 .251第 1 章 绪 论1.1 研究的背景及意义随着工业的发展和社会的进步，被控对象越来越复杂，其数学模型的建立也越发困难，对于很多控制对象有的只能建立起粗糙的模型，有的甚至无法建立模型。这类对象往往
11、被称为不确定性系统。对于不确定性系统很难用传统的控制方法取得满意的控制效果。但是对于这类系统，人类却可以凭借自身的操作经验进行很好的控制。于是，人类将这些专家控制经验转化为可以用计算机实现的算法，为不确定性系统的控制开辟一条新途径。而后，控制专家运用模糊控制工具，结合人类的专家控制控制经验建立了一种新型的控制方法-模糊控制。模糊控制的基本思想是将人类专家对特定对象的控制经验，运用模糊集理论进行量化，转化为可数学实现的控制器从而实现对被控对象的控制。模糊控制器的基本工作原理是：将测量得到的被控对象的状态经过模糊化接口转换为用人类自然语言描述的模糊量，而后根据人类的语言控制规则，经过模糊推理得到输
12、出控制量的模糊取值，控制量的模糊取值再经过清晰化接口转换为执行机构能够接收的精确量。PID 控制器问世至今凭借其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等优点成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握、得不 到精确的数学模型时，采用 PID 控制技术最为方便。PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心。它是 根据被控过程的特性来确定 PID 控制器的参数大小。PID 控制原理简单、易于实现、适用面广，但 PID 控制器的参数整定是一件比较困难的事。合理的 PID 参 数通常由经验丰富的技术人员在线整定。在控制对象有很大的时变性和非线性的情况下，一组整定好的 PID 参数远远
13、不能满足系统的要求。为此，需要引入一套模糊 PID 控制算法。所谓模糊 PID 控制器，即利用模糊逻辑算法并根据一定的模糊规则对 PID 控制的比例、积分、微分系数进行实时优化，以达到较为理想的控制效果。模糊 PID 控制共包括参数模糊化、模糊规则推理、参数解模糊、PID控制器等几个重要组成部分。计算机根据所设定的输入和反馈信号，计算实际位置和理论位置 的偏差 e 以及当前的偏差变化 ec ，并根据模糊规则进行模糊推理，最后对模糊参数进行解模糊，输出 PID 控制器的比例、积分、微分系数。 常规的 PID 控制器在非线性时变，滞后较大的系统中鲁棒性不强，控制效果不理想。而模糊 PID 控制器既
14、具有模糊控制灵活而适应性强的优点，又具有常规 PID 控制精度高的特点，在工业控制中得到广泛的应用。1.2 模糊控制的研究现状1.2.1 国外模糊控制的研究现状1965 年扎德在信息与控制杂志上先后发表了“模糊集“(Fuzzy Sets)和“模糊集与子系统“(Fuzzy Sets & Systems)，产生了模糊集合论，奠定了模糊集理论和应用研究的基础。但“模糊“一词却在美国科技界遭到怀疑和反对，为此而影响了模糊逻辑在美国的研究和应用推广。1968 年扎德首次公开发表其“模糊算法“。1973 年发表了语言与模糊逻辑相结合的系统建立方法。1974 年伦敦大学 Mamdani 博士首次尝试利用模糊
15、逻辑，成功地开发了世界上第2一台模糊控制的蒸气引擎。19651974 年是模糊控制发展的第一阶段，即模糊数学发展与成形阶段。其间于 1972 年，日本 模糊系统研究基金会建立，后来成为国际模糊系统协会(IFSA)的日本办事处。第二阶段大约从 19741979 年，这是产生简单模糊控制器的阶段。在这期间，美国加州一公司率先生产了世上第一只模糊逻辑芯片。1980 年丹麦的斯密司公司首次应用芯片在水泥烘干机中成功地实现了模糊逻辑控制，但其自适应能力和鲁棒性有限，稳态精度也不够理想。 1979 年至今是发展高性能模糊控制的第三阶段。1979 年 T.J.Procky 和 E.H.Mamdani 共同提
16、出了自学习概念，使系统性能大为改善。1983 年日本富士电机开创了日本第一项应用水净化处理。1987 年日本仙台地铁线采用了模糊逻辑控制器。1989 年日本把模糊逻辑消费品推向高潮，同年，扎德教授出任 OMRON(立石)公司高级顾问。1993 年，扎德教授应 OMRON之请，在 ISA/93 博览会的新闻发布会上作了以“软计算“为题的发言。扎德曾获得日本企业家赠与的 15 万美元的本田奖。 今天，模糊逻辑控制技术已经应用到相当广泛的领域之中。在日本 ，家用电气设备已成为其主攻市场，诸如智能洗衣机(日立)、微波炉(夏普)、吸尘器、空调机(三菱)、照相机和摄录机(立石)等等；在工业闭环控制系统中有
17、水净化处理、发酵控制、化学反应釜、水泥窑炉等等。在专用系统和其他方面有地铁控制(日本)、电梯、自动扶梯、蒸气引擎、声控直机、纸币识别装置以及机器人等等。 日本领先，从所周知，当代的一些高新技术的发展似乎有这样一个趋向，即欧洲从事理论研究，美国从事技术突破，而日本从事应用开发并率先推出商品，而且逐渐成为这项技术的主导国家。模糊逻辑也不例外。正如前面提到的，日本于 1972 年就成立了模糊系统研究基金会。1989 年 4 月日本创建了国际模糊工程研究所(LIFE)，下设三个实验室:一室研究模糊控制；二室研究智能信号处理；三室研究模糊计算机。1989 年日本有关模糊技术的产品年值约有 10 亿日元(
18、约合 8000 万美元)，其中真正以模糊技术为核心的产品约占 1 亿日元(约合 800 万美元)。“模糊“一词是 1990 年日本国民使用频率最高的四个词之一。 据统计，日本 1991 年就占全球模糊控制产品市场的 80%左右，在世界上遥遥领先。其原因是，日本在模糊逻辑元件生产方面一向居领导地位；日本是最著名的新颖电子消费产品的销售中枢。可以说，日本差不多垄断了整个模糊逻辑产品市场。日本的 OMRON 公司在这 10年中为模糊逻辑的发展做出了较大的努力。该公司从 1984 年起追赶模糊技术。1986 年推出了第一种模糊逻辑产品一种医疗诊断系统。1989 年投入 570 万美元开发适用于机器人、
19、过程控制“语言识别以及成像处理的模糊处理器，其特点是根据模拟电路和平行处理作出高速推理，适应于多种应用场合的自由规则数和输入输出数。已经推出的软硬件有:模糊微处理器、模糊控制编程与模拟软件以及模糊工业控制器。公司还为多种模糊产品申请了 700 多项专利。1990 年，OMRON 展出了第一批超高速模糊逻辑技术，包括集成块、控制器和软件，惊动了世界并掀起了模糊逻辑技术的开发高潮。1990 年推出的产品有人体传感器、机床故障诊断/预测专家系统以及温度控制器、FP5000 多任务处理器和 FP3000 控制器及其开发工具。1991 年的新产品有:自动售票机、车辆识别机、血压计以及健康状况监理支持系统
20、。1991 年7 月推出的 E5AF 型模糊温度控制器(也称调节器)是 PID 与模糊逻辑算法相结合的产物，它显著地增强了对生产过程混乱的响应能力，继之又推出以自适应调谐为特点的 E5J 系列温控器，可以为 PID 算法保持优化了的 PID 参数。自适应调谐可以监控步响应、扰动以及搜索型调谐。3E5J 系列有 1/4、1/8 和 1/16DIN 三种规格。1991 年晚些时候推出的另一种重要产品是 PLC协处理器。它已应用在 C200H 以及 CV 系列的 PLC 中。FZ001 模糊推理模块也可以插入C1000H 和 C2000H 大型 PLC 后板中作为 CPU 的协处理器。FZ001 本
21、身没有输入输出，控制值经过 CPU 的计算由通讯网络中的其他智能装置写入到该模块中。它可以高速度处理模糊程序以适应实时控制。处理模糊推理的速度是 125us/规则，再加上 600us 去模糊时间。模块可以储存长达 128 条规则的程序，每条规则中最多可有 5 个前提(即 1F 条件)和 2 个当然的结(即 THEN 结果)。PLC 使用模糊逻辑开发软件在 IBM AT 电脑上编程，并可在运行状态下产生、模拟、修改和监察模糊逻辑程序。FZ001 模块应用面广，例如可用于:（1）诸如过程、张力和定位控制等非线性系统中；（2）在输入有大偏量或精度不足的系统中；（3）需要人的直觉调整的难以控制的系统中
22、；（4）需要适应性处理来克服不断变化的环境过程条件的系统中；（5）必须平衡多个输入或者相矛盾的抑制力的过程中。FZ001 推理模块及其软件还可提供一种处理结构，用以处理用一般控制方法难以解决的应用场合，例如倒摆，只需要编入 11 条规则，简化了编程和降低了软件费用。1991 年OMRON 还同 NEC 签订了一项协议，前者向后者提供 FS1000 模糊知识库开发工具、模糊推理组块及相关专利的技术资料，以利用后者开发和制造模糊推理组块，并应用到 4 位 75x 系列和 8 位 78k 系列微处理器中。OMRON 的 FP1000 数字式模糊处理器是一种掩模只读存储器，它可以连到单片微机上，是世界
23、上第一种使用串行传输方法的最小最便宜的模糊逻辑集成块，易于装入电子办公机械、汽车电子元件和消费电子产品中。FP1000 中使用的知识库，是用FS1000 模糊知识数据开发工具编排的。FP3000 数字式模糊处理器也用这种软件。FP1050 是一种没有只读存储器的仿真集成块。FSTH1000 编译器用来为 FP1050 和 FP1000把来自开发工具的知识转换为目标码。FP1050 和 FSTH1000 样品在日本售价分别为 120和 790 美元。1993 年，OMRON 开始销售其 LUNA 工作站。这是世界上第一个通用的以模糊逻辑为基础的工作站，其处理速度可达到 4000MIPS。主要应用
24、范围是:通用数据库、模糊专家系统及推理系统。通用数据库的一个例子是汽车和旅行计划，它能够根据客户的喜爱和所希望的价格范围来分列出适当的产品和目标。遥控维修系统是模糊专家系统的一个例子，一个工作站每秒钟能预测和诊断 100 台产品或设备的毛病。模糊推理系统的例子是一种监察系统，它能够为工厂或大厦每秒处理 3000 项传感数据，对火灾或盗窃报警。另一个例子是手写字符识别系统和签字确认系统。1993 年，OMRON 宣布了一种新型模糊逻辑器件，具有图像识别和分析功能，能够检验伪钞和彩色复印伪件。在 ISA/93 博览会上，OMRON 展出了纯研究技术，其中有高密度芯片和ASIC 芯片的制造技术以及模
25、糊逻辑技术，可用于气袋有选择的激励、拥挤控制和变色变背景的光电传感器中。在日本，除 OMRON 之外，还有富士、三洋、日电、冲电气等公司从事模糊逻辑产品生产。1992 年富士通推出 MB94140 系列 8 位单片模糊控制器，可用于实时控制。这个系统中的 MB94146 是一种大规模使用的掩模 ROM 产品；MB94PV140 是一种供评价和开发用的级联产品；MB94P147 则是供预生产使用的一次性产品。所有三种集成块都使用 F2RU6 模糊推理机构和 F2MC8L 中央处理单元。三洋没有生产模糊逻辑集成块，但在应用方面领先。1989 年 9 月首次推出 8mm 录像机，1990 年 8 月
26、推出微波炉，接着推出电饭锅、洗衣机、衣服干燥机、真空清洗机、加热器、复印机、空气清洗机、面包炉、大容量电冰箱、无绳电熨4斗和被褥干燥器等等利用模糊逻辑的产品。1991 年 3 月推出第一台装有模糊控制器和神经控制器的电风扇，这种风扇能够自动对准使用者。NEC 销售的产品有 17K 系列的 4 位微控制器。1993 年 3 月推出的 PD17156 是另一种 4 位微控制器，是专为具备模糊逻辑的消费电子产品而设计的，它有大容量 ROM 和一个 8 通道 8 位模数转换器。售给日本客户的价格是 2.28 美元。开始生产时月产 10 万只。冲电气于 1992 年 10 月开发出据称为世界上第一只并行
27、处理单片 8 位模糊处理器MSM91U112，是熊本大学设计的。第一财政年度将生产 12 万只，售给日本客户的样品价格为 20 美元。主要用途将包括机器人、音响影视设备控制器、图像识别处理以及话音和手写文件识别系统。德国政府已经开始了一个 8 亿美元的计划来进一步开发模糊逻辑及相关技术。Inform 公司是主要成员之一。Iform 软件公司的最新产品是供 A/B 公司 PLC-5 可编程控制器用的在线模糊逻辑软件模件。该公司最近还同 TI 公司一起宣布了第一种供数字信号处理器用的模糊逻辑设计。该公司同 Intel 公司合作研制的神经模糊模件(Neuro Fuzzy)，是该公司产品FuzzyTe
28、ch 软件的一部分，它可以依据数据集自动产生和优化模糊逻辑系统。这种 Neuro Fuzzy 模件可以实现自适应模糊逻辑系统，它的首次应用是数字式滤波器和过程控制。1993年汉诺威博览会上，德国金钟公司推出已经投产的 PS4-401 模糊 PLC，其优化的操作系统可以直接存取板上的 I/O(输入:6 个模拟量，4 个数字量；输出:3 个模拟量，3 个数字量)。单一模糊集的吞吐不到 1ms。一根并行的总线还可扩展 I/O。因此，PS4-401 机可以单独使用，也可用于分布式控制中。该机用与 IEC1131-3 兼容的指令表语言编程。如果采用 Inform 公司 Fuzzy Tech 用户接口工具
29、编程，那么两种语言可以被以视窗为基础的 SUCOsoft-F 编程语言混合起来。 西门子公司与 Inform 公司合作推出的新型 SAE81C99 模糊逻加协处理器有两种形式:一种是带有 8 数据总线接口的独立芯片；另一种是作为 SIECO 51 系列中 8 位控制器的一个宏单元或者 16 位 SAB80C167 族的一个宏单元。在 20MNz 时钟频率时，此模糊协处理器能在一秒钟内处理 790 万条模糊规则。1993 年秋，该公司还推出一种初始开发系统，它包括一个开发板和 Fuzzy Tech 工具。 在美国，最早应用模糊逻辑的例子是控制水泥生产。Lafarge 公司在世界各地的水泥窑炉中有
30、 25 个窑炉采用了包含模糊逻辑的 G2 实时专家系统。系统中的图形用户接口(GUI)以及面向目标的编程环境工具，简化了模糊逻辑的实现，使用户能到和评估不同的控制方案以供选用。美国横河公司在 1989 年就向美国市场推出 UT35 温度控制器。在UT37/UT38、1/4DIN 规格的单回路调节器中，由于使用的模糊逻辑，使其达到给定值的速度比常规 PID 控制器要快，它既省时节能又避免了超调。A/B 公司正在推出其 10000 系列光电控制器，使用模糊逻辑监控传感器对光电噪声的反应，而用普通的编程逻辑就办不到。VLSI技术公司是模糊逻辑硅片供应商，最近推出 VY86C570 型 12 位模糊实
31、时协处理器芯片，它包含一个模糊计算加速器，对模糊规则的评估速度比单单用软件要快 2030 倍。Fisher-Rosemount 公司在 1993 年 ISA/93 博览会上推出了具有自调谐功能的模糊控制器(IFLC)和多变量模糊逻辑控制器(MFLC)。它们是采用模糊集理论与经典控制技术相结合的产品，它利用模糊逻辑转换变量和评估模糊规则，并把其结果模糊输出在去模糊过程中转回到传统的单元(诸如阀门位置)中去。IFLC 是单进单出(SISO)控制器，旨在取代 PID 控制器。MFLC 是多进多出(MIMO)控制器，旨在解决多变量互作用或者严格的非线性问题。该公司已把 IFLC用于 Provox 和
32、RS 3 控制器上。MFLC 将用于 PH 值、纸浆质量以及有护套的反应堆的温度控5制中。摩托罗拉公司 1993 年的一次调查表明:10%工业界的应答者声称他们已在产品中使用了模糊逻辑技术，而 61%则声称将计划采用。美国悄悄地发展和应用模糊逻辑既有技术保密因素，也有文化背景因素。美国人不像东方人那样容易接受“模糊“一词。据称，小厂家已在应用，但不愿透露，而大公司正在投资研究。他们认为模糊逻辑的效果是诸多因素的结合，譬如使用了许多传感器，不能单单归功于模糊逻辑。只有在非常复杂或者非线性应用场合，模糊逻辑的作用才是最明显的。1.2.2 国内模糊控制的研究现状中国也是世界上模糊逻辑研究的领先者之一
33、。中国拥有万名以上的科技工作者从事这项研究，在投入的人力方面，比日本、欧美都多，居世界第一。北京师大汪培庄教授自 70 年代起就致力于模糊理论及应用的研究，1983 年出版模糊集合论及其应用一书。主要理论有:模糊落影理论、因素空间、真值流理论等。并在模糊推理机、地膜生产、诊断型专家系统以及工业开发等方面取得一批成果。1985 年楼世博出版了模糊数学 。1986 年华中工学院曾为兰州石化机器厂研制成功模糊逻辑按期制的快煅液压传动系统。1987 年鲍新福、都志杰发表了自调整比例因子模糊控制器一文。1988 年吴勤勤等在中国自动化学会/第二届过程控制科学报告会论文集中发表了一类专家模糊控制器的论文；
34、合肥工大科研简报上发表过阴阳互补原理赢得世界学者关注一文。1991 年毛宗源、狄争在自动化学报上发表了自调整比例因子模糊控制器控制工业锅炉燃烧过程一文；应行仁、曾南也在该学报上发表了采用 BP 神经网络记忆模糊规则的控制 ， 1992 年在中国自动化学会华东地区，第二届学术交流会上，顾绳谷，花木兰发表了题为其于 BP 神经网路的参数自动调整模糊研究论文。同年，顾、汪还在合肥工大学报上发表控制规则自调整模糊控制研究一文。1992 年第一期的“电气传动“上发表了自学习模糊控制系统的研究与实现 ，由阮晓钢、潘铁宝署名。1993 年邱志雄在“电气自动化“上发表了模糊 PID 控制器 。此外，各大学还出
35、版过不少论著、专著。以上可见中国科技界在理论研究和应用方面并不亚于其他国家。鉴于中国大陆电子工业的状况，模糊逻辑在产品商业化方面似乎还没有明显的进展。中国台湾的Hotek 微电子公司于 1993 年初在其 4 位微控制器中设计了模糊逻辑，并于 1994 年中开拓生产。它的第一种模糊逻辑集成块使用 1.2 微米 CMOS 工艺制造，速度是几百到几千 FLIPS(每秒模糊逻辑推理)。这种微控制器能够控制 I/O、定时器、ROM 和 RAM。 应用微机进行模糊控制，能将人的操作经验和微机的高速、准确运算以及控制能力有机地结合起来，加上传感器的配合，就可以得到比状态空间方法更为实用的自动控制方式。实践
36、证明，模糊控制系统具有许多优点:结构简单、控制精度相对较高、动态性能良好、对负载及参数变化不敏感。因此，模糊控制是一种具有广宽应用前景的新技术。尽管家电方面的商品较多，但是应用于工业过程控制领域则有更大的效益。 近几年来，针对模糊控制精度不太高、自适应能力有限以及容易产生振荡等现象，提出了一系列的改进方案，诸如设计了控制规则可调整的模糊控制器，具有积分作用的模糊控制器，参数自调整式模糊控制器，复合型控制器以及自学习模糊控制器(包括自寻优式、专家式和神经式)等等。模糊控制、专家控制和神经控制是构成智能化控制的三大块，人们特别对模糊逻辑与神经技术相结合的系统抱有较大的希望。利用模糊推理和人工神经网
37、络(ANN)的学习功能对控制参数作调整，就可能得到更为理想的模糊神经网(FNN)控制器。已有一些公司在它们的产品中应用这种技术结合。6第 2 章 PID 控制器与模糊控制技术2.1 PID 控制器概述PID控制器即比例、积分、微分控制器，是当今工业过程中使用最基本的一种控制方法，它不仅控制简单，容易操作并且适应性强，可以广泛应用于化工、热工、冶金、炼油、造纸及建材等等各种工业生产部门，PID控制器的鲁棒性也较强，即其控制品质对被控对象特性的变化不太敏感。PID控制发展到今天，已经开发出很多类型的PID控制器，如：具有PID参数自整定功能的智能调节器（intelligent regulator）
38、 ，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现的；有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器；有能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)；还有可以实现PID控制的PC系统等等。PID控制器问世至今凭借其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等优点成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握、得不 到精确的数学模型时，采用PID控制技术最为方便。PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心。它是 根据被控过程的特性来确定 PID控制器的参数大小。PID控制原理简单、易于实现、适用面广，但 PID控制器的参数整定是一件比较困难的事。合理的P
39、ID参 数通常由经验丰富的技术人员在线整定。在控制对象有很大的时变性和非线性的情况下，一组整定好的PID参数远远不能满足系统的要求。为此，需要引入一套模糊PID控制算法。所谓模糊PID控制器，即利用模糊逻辑算法并根据一定的模糊规则对PID控制的比例、积分、微分系数进行实时优化，以达到较为理想的控制效果。模糊PID控制共包括参数模糊化、模糊规则推理、参数解模糊、PID控制器等几个重要组成部分。计算机根据所设定的输入和反馈信号，计算实际位置和理论位置 的偏差 e以及当前的偏差变化 ec ，并根据模糊规则进行模糊推理，最后对模糊参数进行解模糊，输出PID 控制器的比例、积分、微分系数。2.2 传统 PID 控制器的结构及原理常规的PID控制系统的框图如图21所示，如图中所示在连续系统中PID控制器对输入的误差信号e(t)进行比例、积分、微分运算从而给出控制信号u(t)。PDI算法是基于对“过去” 、“现在”和“未来”三方面的信息综合估计的一种简单有效的控制算法，对动态过程无需太多的预先知识，鲁棒性强，控制效果一般令人满意，被工业过程广泛应用。
