智能pid控制綜述-文庫吧
2025-06-22 14:27 本頁面
【正文】 究熱潮。國際著名學(xué)術(shù)刊物 Control Engineering Practice和IEEE Control Systems Magazine 分別于2001和2006年出版了PID控制特輯。2000年, IFAC 數(shù)字控制工作組在西班牙 Terrassa 舉行了專題為 Past Present and Future of PID Control 的PID控制學(xué)術(shù)會議。國際著名控制理論學(xué)者ASTROM 教授指出, PID控制器在未來的控制工程中扔將繼續(xù)扮演重要的角色，同時(shí)將成為各種復(fù)雜控制器的基本單元。國內(nèi)學(xué)者吳宏鑫院士提出的特征建模理論[3738]，第一次從理論上論證了PID控制器廣泛應(yīng)用的理論依據(jù)并且指出，PID控制器具有獨(dú)特的優(yōu)越性，它將成為復(fù)雜系統(tǒng)智能控制中最基本、最基礎(chǔ)的子控制單元[2,9,14,16,19]。在理論研究特別在應(yīng)用方面，國內(nèi)與國外差距明顯。國外如日本、歐美等國家不但在理論研究方面走在前列，而且已經(jīng)有成功應(yīng)用的產(chǎn)品，Yokogawa電氣和Fuji電氣的溫度控制器，它們把模糊邏輯與標(biāo)準(zhǔn)的PID控制集成在一起來抑制超調(diào)，取得了成功。 而國內(nèi)重復(fù)研究的多，創(chuàng)造性研究的少,停留于仿真成果的多，能夠在工程上應(yīng)用的少，尤其是運(yùn)行時(shí)間較長的智能PID控制器可以說微乎其微。這一狀況需要廣大理論工作者和工程技術(shù)人員共同努力，盡快轉(zhuǎn)變這一局面。三、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制器 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是最近發(fā)展起來的十分熱門的交叉學(xué)科。它涉及生物、電子計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)和物理等學(xué)科，有著非常廣泛的應(yīng)用背景，這門學(xué)科的發(fā)展對目前和未來的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將有著重要的影響。以非線性大規(guī)模并處理為主要特征的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為模擬基礎(chǔ)，試圖模擬人的思維以及學(xué)習(xí)和獲取知識的能力。它具有學(xué)習(xí)、記憶、聯(lián)想、容錯(cuò)、并行處理等能力，已在控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。、單神經(jīng)元PID控制器[3940]用單神經(jīng)元實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)PID控制的結(jié)構(gòu)框圖如圖31所示。圖31中轉(zhuǎn)換器的輸入為設(shè)定值及輸出，轉(zhuǎn)換器的輸出為神經(jīng)元學(xué)習(xí)控制所需要的狀態(tài)量。神經(jīng)元PID 控制器的輸出為 式中,為神經(jīng)元比例系數(shù)。 在單神經(jīng)元控制器中引入輸出誤差平方的二次型性能指標(biāo)，通過修改神經(jīng)元控制器的加權(quán)系數(shù) ，使性能指標(biāo)趨于最小，從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)PID的最優(yōu)控制。利用具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力的單神經(jīng)元來構(gòu)成單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器，不但結(jié)構(gòu)簡單、學(xué)習(xí)算法物理意義明確、計(jì)算量小，且能適應(yīng)環(huán)境變化，具有較強(qiáng)的魯棒性。31單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器結(jié)構(gòu)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器[29,30,33,35]在常規(guī)PID控制器的基礎(chǔ)上，加入一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，構(gòu)成如圖32 所示的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器[4]。此時(shí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器實(shí)際是一個(gè)前饋控制器，它建立的是被控對象的逆向模型。由圖32容易看出，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器通過向傳統(tǒng)控制器的輸出進(jìn)行學(xué)習(xí)，在線調(diào)整自己，目標(biāo)是使反饋誤差或趨近于零，從而使自己逐漸在控制作用中占據(jù)主導(dǎo)地位，以便最終取消反饋控制器的作用。但是以PID構(gòu)成的反饋控制器一直存在，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)干擾等，反饋控制器馬上可以重新起作用。因此 采用這種前饋加反饋的智能控制方法，不僅可確保控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性，而且可有效地提高系統(tǒng)的精度和自適應(yīng)能力。圖32 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)+PID控制器四、模糊PID控制器將模糊控制技術(shù)和PID控制相結(jié)合,既可克服常規(guī)PID控制器的不足,又能使PID控制器具有參數(shù)自適應(yīng)能力。模糊PID控制器以數(shù)字PID控制器為基礎(chǔ),引入模糊集合論,將PID參數(shù)根據(jù)偏差和偏差變化值的大小而動態(tài)變化, 這樣顯然更符合被控對象真實(shí)的控制規(guī)律。在此著重簡述模糊自適應(yīng)PID控制器以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊PID控制器。、模糊自適應(yīng)PID控制器[4143,54]模糊自適應(yīng)PID(FAPID)控制系統(tǒng)如圖41 所示。FAC 為模糊自適應(yīng)控制器，與常規(guī)PID 控制器一起組成FAPID 控制器。FAPID 控制器的設(shè)計(jì)分為獨(dú)立的兩步進(jìn)行，簡單方便。FAC 的輸出即為PID控制器的輸入。PID 參數(shù)若采用工程方法整定，可不需要被控對象模型。整定PID 參數(shù)時(shí)，去掉FAC的作用。當(dāng)在每個(gè)采樣時(shí)刻獲得了系統(tǒng)響應(yīng)后，就
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