【導(dǎo)讀】合適的溫度控制系統(tǒng)有著重要的意義，而恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，是一個大時滯、時變、非線性系統(tǒng)，很難用數(shù)學(xué)方法建立精確的數(shù)學(xué)模型。箱的溫度控制系統(tǒng)進行控制。通過對這幾種算法的仿真與研究，發(fā)現(xiàn)PID整。點，同時具有很強的魯棒性和適應(yīng)能力。

　　

【正文】 而且具 有模糊控制的靈活性、適應(yīng)性強等優(yōu)點[15]。 模糊 PID 控制器結(jié)構(gòu) 模糊 PID控制器是以常規(guī) PID控制為基礎(chǔ)，采用模糊推理思想，根據(jù)不同的 E和 EC對 PID的參數(shù)進行在線自整定，控制器由兩部分組成，即常規(guī) PID控制部分和模糊推理的參數(shù)校正部分 [16]。模糊 PID控制器原理框圖如圖 4所示： 模糊控制器的設(shè)計 模糊子集的選取 PID參數(shù)模糊自整定是找出 PID的 3個參數(shù)與 E和 EC之間的模糊關(guān)系，在運行中不斷檢測 E和 EC，根據(jù)模糊控制規(guī)則對 3個參數(shù)進行在線修正，從而使被控對象具有良好的動態(tài)和靜態(tài) 性能。因此，選擇系統(tǒng)偏差 E和偏差變化率 EC作為模糊控制器的輸入量，而 PK 、 iT 和 dT 作為輸出量。各個變量的模糊子集取為： {NL,NM,NS,ZE,PS,PM,PL}，論域均為： {6， 5， 4， 3， 2， 1， 0，1， 2， 3， 4， 5， 6}，考慮到對論域的覆蓋程度和靈敏 度，以及穩(wěn)定性和魯棒性原則，各模糊子集采用三角形隸屬函數(shù)，如圖 5所示為各變量的隸屬度函數(shù)示意圖。 23 圖 4 模糊 PID控制原理圖 圖 5 變量的隸屬度函數(shù) 模糊規(guī)則的建立 模糊推理 模糊化 模糊化 模糊推理 清晰化 清晰化被控對象 PID 控制器 PID控制器被控對象 de/dt R + —— e ec Kp Ti Td Y 24 模糊控制器的核心是“ IF...THEN...”形式的模糊控制規(guī)則，控制規(guī)則的選取直接關(guān)系到系統(tǒng)控制性能的優(yōu)劣，是設(shè)計的 關(guān)鍵。 PID參數(shù)的調(diào)整必須考慮到不同時刻 3個參數(shù)的作用以及相互之間的互聯(lián)關(guān)系。根據(jù)已有的控制系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗以及參數(shù) PK 、 iT 和 dT 對系統(tǒng)輸出特性的影響關(guān)系 ,歸納出在一般情況下 ,在不同的 E 和 EC 時 ,被控過程對參數(shù) PK 、 iK iT 和 dK dT 的自調(diào)整規(guī)則如下： （ 1）當(dāng) E 較大時 ,為加快系統(tǒng)響應(yīng)速度并防止起始偏差 E瞬間變大可能引起微分過飽和 ,而使控制作用超出許可范圍 ,應(yīng)取較大的 PK 和較小的 dT ；同時 ,為避免系統(tǒng)因積分飽和所引起的較大超調(diào) ,應(yīng)對積分作用加以限制 ,通常取 iT =0。 （ 2）當(dāng) E 和 EC 為中等大小時 ,為使系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)較小 , PK 應(yīng)取得小一些。在這種情況下 , dT 的取值對系統(tǒng)的影響較大 ,要取適當(dāng)?shù)?iT 和 dT 。 (3當(dāng) E 較小時 ,為使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能 ,應(yīng)增加 iT 和 dT 的值；同時，為了避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近振蕩，并 考慮系統(tǒng)的干擾性能，應(yīng)適當(dāng)?shù)剡x取 dT 的值，其原則是：當(dāng) EC 較小時， dT 可取得大些，通常取為中等大小 。當(dāng) EC 較大時 , dT 應(yīng)取小些 [17]。 根據(jù)上述分析同時考慮三個參數(shù)之間的相互影響 ,建立控制規(guī)則， PK ，iT ， dT 與 E， EC的模糊關(guān)系分別如表 4，表 5，表 6所示： 表 4 PK 與 E和 EC的模糊關(guān)系 25 EC PK E NL NM NS ZE PS PM PL NL PL PL PM PM PS PS ZE NM PL PL PM PM PS ZE ZE NS PM PM PM PS ZE NS NM ZE PM PS PS ZE NS NM NM PS PS PS ZE NS NS NM NM PM ZE ZE NS NM NM NM NL PL ZE NS NS NM NM NL NL 表 5 iT 與 E和 EC的模糊關(guān)系 EC iT E NL NM NS ZE PS PM PL NL NL NL NL NM NM ZE PL 26 NM NL NL NM NM NS ZE ZE NS NM NM NS NS ZE PS PS ZE NM NS NS ZE PS PS PM PS NS NS ZE PS PS PS PM PM ZE ZE PS PM PM PM PL PL ZE ZE PS PM PL PL PL 表 6 dT 與 E和 EC的模糊關(guān)系 EC dT E NL NM NS ZE PS PM PL NL PL PS ZE ZE ZE PL PL NM NS NS NS NS ZE PS PM NS NL NL NM NS ZE PS PM ZE NL NM NM NS ZE PS PM PS NL NM NS NS ZE PS PS PM NM NS NS NS ZE PS PS PL PS ZE ZE ZE ZE PL PL 模糊推理及模糊決策 27 （ 1）根據(jù)控制規(guī)則表編寫對應(yīng)的模糊推理語句； （ 2）模糊推理，利用 Mamdani 推理法進行推理； （ 3）利用重心法進行模糊決策，計算式為 : ? ?? ?i1iiicn1i0zuzzuz?????? ，其中 ? ?ic zu 是加權(quán)系數(shù) 。 根據(jù)各模糊子集的隸屬度賦值表和各參數(shù)模糊控制模型 ， 應(yīng)用模糊合成推理設(shè)計 PID參數(shù)的模糊矩陣表 ， 查出修正參數(shù)代入下式計算 : ? ?piip39。p ECEkk ，?? ? ?iii39。ii ECETT ，?? ? ?ddd39。dd ECETT ，?? 式中 : pk ， iT ， dT 為 PID三個控制參數(shù)的取值。 在線運行過程中 ,控制系統(tǒng)通過對模糊邏輯規(guī)則的結(jié)果進行處理、查表和運算 ,完成 PID控制法的自校正 ,使控制器達到最優(yōu)。 模糊 PID 控制的仿真 參考文獻 28 [1] 宋子巍，陳思忠，楊林 《模糊 PID控制的 MATlAB仿真分析》，北京 ：北京理工大學(xué) [2] 李正軍 《 計算機控制系統(tǒng) 》 ，北京：機械工業(yè)出版社， [3] 愈瑞釗，史濟建 《 人工智能原理與技術(shù) 》 ，浙江：浙江大學(xué)出版社， 1993 [4] 張志杰 《燃煤鍋爐模糊 PID 控制算法研究與引用》，大慶石油學(xué)院 [5] 楊紅，陳穎 《基于模糊 PID 控制算法的溫控系統(tǒng)設(shè)計》，廣西師范大學(xué)學(xué)報， [6] 李洪興，王加銀，苗志宏 《模糊控制系統(tǒng)的建?！?，中國科學(xué)， A輯， 2020 [7] 樓世博，孫章，陳化成 《模糊數(shù)學(xué)》，科學(xué)出版社， 1982 [8] 李少遠， 王景成 《智能控制》，北京：機械工業(yè)出版社， [9] 屠乃威，付華，閻馨 《參數(shù)自適應(yīng)模糊 PID控制器在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用》，遼寧工程技術(shù)大學(xué) [10] 耿瑞 《基于 MATLAB的自適應(yīng)模糊 PID控制系統(tǒng)計算機仿真》，哈爾濱，載《信息技術(shù)學(xué)報》， 2020第 1期 [11] 劉金琨 《先進 PID控制及其 MATLAB仿真》，北京：電子工業(yè)出版社， 2020 29 答 謝 在論文完成之際，我要向所有關(guān)心過我和幫助過我的老師和同學(xué)致以最真摯的謝意。 首先要感謝 的是王彩 霞老師，王 老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段都給予了我 細 心的指導(dǎo)。 王 老師 精深的 專業(yè)水 平和 嚴謹?shù)闹螌W(xué) 態(tài)度 是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 在我的論文完成過程中，我宿舍的同學(xué)在學(xué)習(xí)上和生活上給了我很大的幫助，在此要向他們表示感謝。和我一組的同學(xué)在我寫論文的過程中，通過討論和交流給了我很大的幫助，我也要向他們表示感謝。 我還要感謝四年來為我傳道授業(yè)解惑的各位任課老師，他們的教導(dǎo)讓我終生受益。另外，十分感謝西北民族大學(xué)和電氣工程學(xué)院給了我這么好的學(xué)習(xí)機會。