【正文】 增量，例如閥門控制中，只輸出閥門開度的變化部分，誤動作影響小，必要時通過邏輯判斷限制或禁止本次輸出，當計算機出現(xiàn)故障時，可以保持原值，而且比較容易通過加權處理而獲得比較好的控制效果。這主要表現(xiàn)在： PID 控制器參 數(shù)只能為滿足生產過程控制目標某一個方面的要求。在此以后，模糊邏輯應用最有效、最廣泛的領域就是模糊控制，并且在各種領域解決了傳統(tǒng)控制理論無法解決的問題，取得了一些令人信服的成效。 模糊控制作為智能控制的一種，是自動化控制技術中一個非?；钴S的領域，由于系統(tǒng)的復雜性，存在多種不確定性及難以確切描述的非線性。這些被控對象可以是確定的或模糊的、單變量或多變量、有滯后或無滯后、也可以是線性或非線性、定常或時變，以及具有干擾和 耦合等多種情況。 R 是 n 個 N 維關系 R1 的組合，每個 R1 代表 一條規(guī)則，即 R1:ifthen。就是將模糊輸出量轉化為能夠直接控制執(zhí)行部件的精確輸出量的過程。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統(tǒng) 12 模糊 PID 控制 常規(guī)的二維模糊控制器是以偏差和偏差變化作為輸入變量，因此，一般認為這種控制器具有 Fuzzy 比例和微分控制作用，而缺少 Fuzzy 積分控制作用，眾所周知，在線性控制理論中， 積分控制作用能消除穩(wěn)態(tài)誤差，但動態(tài)響應慢；比例控制作用動態(tài)響應快；而比例積分控制作用既能獲得較高的穩(wěn)態(tài)精度，又能具有較快的動態(tài)響應。故在接近穩(wěn)態(tài)點時切換成 PI 控制，一般都選在偏差語言變量的語言值為零時， (這時絕對誤差實際上并不一定為零 )切換至 PI 控制。 自適應模糊 PID 控制的目的就是根據(jù)實際工況實時調整比例、積分微分系數(shù)，以達到控制作用在任何時候均為最優(yōu)。?????? 在線運行過程中， 控制系統(tǒng)通過對模糊邏輯規(guī)則的結果處理、查表和運算，完成 PID 參數(shù)的在線自適應。反之， K越小，被控對象的穩(wěn)定性就越好。如前所述，比較常用的有 Mamdani 型。 電阻爐模糊控制器的建立方法 ： (1)確定模糊控制器的輸入、輸出變量，模糊控制器采用 3 個模糊變量 : ① E 為溫度誤差；② EC 為溫度誤差的變化率；③ U 為控制加熱的供電電壓 其中 E、 EC 為輸入模糊變量，而 U 為輸出模糊變量 (2)確定各輸入 : 取 3 個語言變量的量化等級都為 7 級，即 x， y， z={3， 2， 1,0,1,2,3}。 各語言變量模糊子集通過隸屬度函數(shù)來定義，為了提高穩(wěn)態(tài)點控制的精度， 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統(tǒng) 18 量化方式采用非線性量化： 表 32 模糊集的隸屬度函數(shù) 誤差 e 30 15 5 0 5 15 30 誤差 率 de 90 30 10 0 10 30 90 控制 v 16 4 2 0 2 4 16 量化 等級 3 2 1 0 1 2 3 狀態(tài) 變量 相關的隸屬度函數(shù) PB 0 0 0 0 0 1 PS 0 0 0 1 0 ZE 0 0 0 0 0 NS 0 1 0 0 0 NB 1 0 0 0 0 0 (4)模糊控制規(guī)則的確定 模糊控制規(guī)則實質上是將操作員的控制經驗加以總結 而得出一條條模糊條件語句的集合。因此有控制規(guī)則： 規(guī)則 11： 如果誤差 e 是 NS，且誤差變化 de是 NS，則控制 U 為 PS； 規(guī)則 12： 如果誤差 e 是 NS，且誤差變化 de是 NB，則控制 U 為 PB； 規(guī)則 13： 如果誤差 e 是 ZE，且誤差變化 de是 NS，則控制 U 為 PS； 規(guī)則 14： 如果誤差 e 是 ZE，且誤差變化 de是 NB，則控制 U 為 PB； 根據(jù)系統(tǒng)工作的特點，當誤差 e和誤差 de 同時變號時，控制 量的變化也應變號。 基于以上相關的理論研究和分析，我們總結出模糊 PID 控制器的設計分為如下部分 : (l)確定模糊 PID 控制器的輸入和輸出變量。模糊控制規(guī)則實際上是一組多重條件語句。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統(tǒng) 21 模糊 PID控制器的輸入輸出變量及其模糊化 在工程實際應用中，二維模糊控制器的控制性能和控制復雜性較好，是目前較為廣泛采用的一種形式。 IK 的基本論域為 {， }，其量化論域為 {， }，則量化因子 l。選擇較多的詞匯可以更精確的描述變量，提高控制精度，但會使控制規(guī)則變得復雜；選擇的詞匯過少則使變量描述粗糙，導致控制性能變壞。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統(tǒng) 24 ②根據(jù)過程模糊型生成控制規(guī)則 。 IK 越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但 IK 過大，在響應過程的初期會產生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應過程的較大超調。當 |ec|較大時， DK 取小些。 比較與總結 上個章節(jié)曾提到自適應模糊 PID 控制效果比較理想。本文設計的模糊 PID 控制器雖然具有較好的控制品質，但是并不能充分的發(fā)揮 模糊 PID 控制的優(yōu)點。謝謝您們 ! 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統(tǒng) 33 參考文獻 [1] 覃強 . 模糊 PID 溫度控制方案的仿真優(yōu)選及其實現(xiàn) [D] ：（碩士學位論文） .北京 :中國科學院電工研究所， 20xx. 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Control Theory amp。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統(tǒng) 32 致謝 首先我要感謝我的指導導師 ，本課題是在段老師的悉心指導下完成的。 模糊 PID 控制的核心在于它用具有模糊性的語言條件語句，作為控制規(guī)則去執(zhí)行控制。△ Kp，△ Ki 和△ Kd 為模糊控 制器的輸出值即 PID 的修正量 PK , IK , DK 為 PID實際控制量。 由以往的經驗和溫度控制的特殊 性得知 PID 控制 PK , IK , DK 參數(shù)調整有如下的規(guī)律 : ①當溫度偏差 |e|較大時，為了加快溫度控制的響應速度，應取較大的 PK 同時為了避免由于開始時溫度偏差 e的瞬時變大可能出現(xiàn)的微分過飽和而使控制作用超出許可的范圍，導致超調的發(fā)生，應取較小的 PK ，同時為了防止系統(tǒng)響應出現(xiàn)較大的超調，產生積分飽和，對積分 作用加以限制，通常取 PK =0即去掉積分作用。從系統(tǒng)溫度控制的穩(wěn)定性、響應速度、超調量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來考慮， PK , IK , DK 的作用如下 : ①比例系數(shù) PK 的作用是加快系統(tǒng)的響應速度，提高系統(tǒng)的調節(jié)精度。 (2)模糊控 制器的規(guī)則設計 模糊控制規(guī)則庫由一系列“ IF 一 THEN”型的模糊條件句所構成。 (l)變量詞集是描述輸入和輸出變量的詞集 模糊控制器的控制規(guī)則表現(xiàn)為一組模糊條件語句，在條件語句中描述輸入輸出變量狀態(tài)的一些詞匯 (如“正大”、“負小”等 )的集合，稱為這些變量的詞集。電阻爐模糊 PID 控制器輸入輸出變量的模糊化分為以下幾個步驟 : (l)論域的選擇 通過分析爐溫度變化的特點，選取誤差。 (5)求模糊控制表。在每個變量的量化論域內定義模糊子集。 目前模糊 PID 控制器有多種結構形式，但工作原理基本一致。是控制量 u 應取正大。則各比例因子為： Kp=4/50=2/25, Ki=4/150=2/75, Kd=64/4=16。 MATLAB工具箱內置兩種 and 操作方法，即最小法（ min）和乘積法 (prod)。具體用科恩 庫恩公式確定近似傳遞函數(shù)。因而一般可用一階慣性滯后環(huán)節(jié)來描述 溫控對象的數(shù)學模型。控制器參數(shù)的每一次調節(jié)都是在具體情況下的時修正，因而可達到調節(jié)作用的時間最優(yōu)。其原理框圖如圖所示 圖 自適應模糊 PID 控制的原理圖 較常用的是模糊 PID 復合控制和自適應模糊 PID 控制兩種方法。常用的是模糊控制和 PI 控制兩種控制模式相結合的控制方法稱之為 FuzzyPI雙?？刂啤? 模糊控制系統(tǒng)優(yōu)缺點 優(yōu)點是 :(l)模糊控制器是易于控制、易于掌握的非線性控制器，是一種語言控制器 。這樣就把輸入的測量值轉換為用隸屬度函數(shù)表示的某一模糊語言變量。在傳統(tǒng)控制器中，參數(shù)或控制輸出的調整是根據(jù)數(shù)學模型所描述的被控過程 的狀態(tài)分析得來的，而模糊控制器的參數(shù)和控制輸出的調整是從過程函數(shù)的邏輯模型產生的，通常是通過優(yōu)化模糊控制規(guī)則來改善模糊控制性能。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統(tǒng) 10 圖 模糊控制系統(tǒng)框圖 模糊控制系統(tǒng)一般可分為 5 個組成部分 : (1)模糊控制器 :模糊控制系統(tǒng)的核心部分，采用模糊數(shù)學知識表示和進行規(guī)則推理的語言型控制器，實際上是一臺 PC 機或單片機及其相應軟件。 (2)是一種反映人類智慧思維的智能控制，模糊控制采用人類思維作控制量，控制 量由模糊推理導出，這都是人類通常智能活動的體現(xiàn)。 模糊控制 由于傳統(tǒng)控制理論面臨著新的控制要求的挑戰(zhàn)，促使人們考慮在處理不確定對象時，希望建立一個模擬不確定對象的模型來解決實際控制問題。因此，選擇時不可一概而論。 PK 積分系數(shù)：IPI TTKK ? , DT 微分系數(shù) : TTKK PD ? 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統(tǒng) 7 由 Z 變換性質可得： ?? ????????????K0j 11)1()(E)]j(e[)(E)]1k(e[ 得式 ()的 Z變換式為： )]z(Ez)z(E[Kz1 )z(EK)z(EK)z(U 1D1IP ?? ????? （ ） 由式 ()便可得到數(shù)字 PID 控制器的 Z傳遞函數(shù) 為： 21D1IP )z1(Kz1 KK)z(E )z(U)z(G ?? ?????? （ ） 增置式 PID 控制算法 增量式 PID 控制算法可由 ()導出。它有助于減小超調，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，