【文章內容簡介】 能達到同樣的控制效果，因此只要系統的性能指標達到要求，就可以認為此時的 PID參數即是最優(yōu) PID整定參數。 47 模糊控制器原理 ? 組成 ? 模糊控制系統一般可分為四個組成部分：模糊控制器，輸入 /輸出接口裝置，廣義對象，傳感器。 給 定 值A / D計 算控 制變 量模 糊量 化處 理模 糊控 制規(guī) 則模糊決策非 模糊 化處 理D / A傳 感 器 被 控 對 象 執(zhí) 行 機 構模 糊 控 制 器 （ 微 處 理 機 ）48 模糊控制器原理 ? 模糊控制器原理 模 糊 化 接 口規(guī) 則 庫數 據 庫推 理 機 解 模 糊 接 口知 識 庫輸 入 輸 出1． 模糊化接口：將精確量（數字量）轉換為模糊量的過程稱為模 糊化； 2． 知識庫：虛線框部分為知識庫，可見知識庫由數據庫和規(guī)則庫兩部分構成； 3．推理與解模糊接口：推理是模糊控制器中，根據輸入模糊量，由模糊控制規(guī)則完成模糊推理來求解模糊關系方程，并獲得模糊控制量的工能部分。把模糊矢量轉換成清晰的控制量輸出，即為解模糊。通常把輸出端具有轉換作用的部分稱為解模糊接口。 存放所有輸入、輸出變量的全部模糊子集的隸屬度矢量值（經過論域等級離散化后對應值的集合） 模糊控制器的規(guī)則基于專家知識或手動操作人員的長期積累的經驗，它是按人的直覺推理的一種語言表示形式 49 模糊控制器原理 ? 模糊子集通常進行如下劃分： ={負大 ， 負中 ， 負小 ， 負零 ， 正零 ， 正小 ， 正中 ，正大 } ={NB， NM， NS， NZ， PZ， PS， PM， PB} ~e2 4 6 8 1 0 1 2 2 4 6 8 1 0 1 2 0N BN M N SN Z P Z P S P M P Bu ( e )50 模糊 PID控制器設計 ? 可實現自動對 PID參數的最佳調整 ? 既具有模糊控制靈活和適應強的優(yōu)點 ? 又具有 PID控制精度高的特點 P I D調 節(jié) 器dtde模 糊 推 理被 控 對 象+輸 入 誤 差誤 差 微 分K p K i K d輸 出51 模糊 PID控制器設計 ? 模糊控制器論域和量化因子的選擇 ? 本系統輸入變量調速的變化范圍在 40以內，取誤差變化 E的基本論域為 [20， 20]，誤差變化率 EC的基本論域為 [100， 100]。因為 E和 EC的控制規(guī)律可以認為是對稱的，所以模糊控制器以 |E|和 |EC|作為輸入量，選定 |E|和 |EC|的模糊論域都為 X=[0， 1， 2， 3， 4， 5， 6]， |E|和 |EC|的量化因子分別為 Ke=、 Kc=。 ? 模糊控制規(guī)則的設計 ? 輸入輸出變量的詞集 根據系統實際需要，對對誤差 |E|、誤差變化率 |EC|、比例系數 KP、積分系數 KI、微分系數 KD都采用四個詞集來描述，分別為： {零 ， 正小 ， 正中 ， 正大 } 英文縮寫為： { ZO， PS， PM， PB} 52 模糊 PID控制器設計 ? 隸屬函數曲線 53 模糊 PID控制器設計 ? 建立模糊控制規(guī)則 ? 利用模糊集合理論語言變量的概念，可以把利用語言歸納的手動控制策略上升為數值運算，可以采用微機完成這個任務以代替人的手動控制。 |EC| |E| ZO PS PM PB KP / KI /KD ZO ZO/PB/ZO PB/PB/PS PM/PS/PB PB/ZO/PB PS PB/PB/PS PB/PB/PS PM/ZO/PB PB/ZO/PB PM PB/PB/ZO PB/PB/PS PM/PS/PM PB/ZO/PM PB PM/PB/ZO PM/PM/ZO PS/PS/PM PM/ZO/PS 根據控制規(guī)則表，可以寫出模糊控制規(guī)則如下： If（ |E| is ZO） and (|EC| is ZO) then (KP is ZO) and (KI is PB) and (KD is ZO) If（ |E| is ZO） and (|EC| is PS) then (KP is PB) and (KI is PB) and (KD is PS) If（ |E| is ZO） and (|EC| is PM) then (KP is PB) and (KI is PB) and (KD is ZO) ………… 54 模糊 PID控制器設計 ? 模糊化及解模糊化方法 ? 將精確量轉換為模糊量的過程稱為模糊化，或稱為模糊量化。誤差 |E|和誤差變化率 |EC|在區(qū)間 [0， 6]的離散化了的精確量與辨識模糊語言的模糊量建立了關系。這樣，可以把 [0， 6]之間的任意的精確量用模糊量表示，如下表所示。 0 1 2 3 4 5 6 ZO 1 0 0 0 0 0 PS 0 0 0 PM 0 0 PB 0 0 0 55 模糊 PID控制器設計 ? 模糊化及解模糊化方法 ? 模糊推理及其解模糊過程有很多種方法，主要有 MINMAX重心法、代數積 加法 重心法、最大隸屬渡法等。根據本文實際情況，采用最大隸屬度法。該方法選取模糊子集中隸屬度最大的元素最為控制量。算法實時性好，突出了隸屬度最大元素的控制作用，對于隸屬度程度較小的元素控制作用沒有考慮。 56 模糊 PID控制器設計 ? 模糊控制屬于計算機控制，由香農 (Shannon)采樣定理 ? 本文中的模糊控制系統，其輸入變量為誤差和誤差變化率，而這兩個變量又是通過兩次采樣間隔得到的。因此，為了獲得較精細的控制規(guī)律，應使誤差變化的值較大，從這一點看，采樣周期不能太短。但從一次響應過程中誤差作用的次數來看，一般不能低于五次，否則，會使控制不精細。本文控制系統的設計中，綜合考慮了兩方面因素的影響，確定本系統的采樣時間為 10ms。 m a x???T57 模糊 PID控制器設計 58 系統仿真及分析 ? 采用控制策略后系統仿真及其分析 ? 在 Matlab/Simulink模塊下建立采用常規(guī) PID和模糊 PID控制策略后的仿真模型，如下圖所示