【正文】 MNSZOPSPMNBNMNMNSZOPSPMNBNMNSNSZOPSPSNMNSNSNSZOPSPSPSZOZOZOZOPBPB 模糊推理⑴ 選擇模糊推理方法 權(quán)衡PID控制自身的諸多特點(diǎn)。原則是：當(dāng)偏差變化率較小時(shí)，KD取大一些；當(dāng)偏差變化率較大時(shí)，KD取較小的值，通常為中等大小。在這種情況下KD的取值對(duì)系統(tǒng)影響很大，應(yīng)取小一些，KI的取值要適當(dāng)。另外為防止積分飽和，避免系統(tǒng)響應(yīng)較大的超調(diào)，KI值要小，一般取KI=0。 圖48 偏差隸屬函數(shù) 圖49 偏差微分隸屬函數(shù)對(duì)于輸出量KP變化量（ΔKP），KD變化量(ΔKD)，KI變化量(ΔKI)采用三角形隸屬函數(shù)(trimf)，同時(shí)為體現(xiàn)定義的7個(gè)模糊子集，見(jiàn)圖410，411，412。通過(guò)實(shí)驗(yàn)、試湊。即對(duì)模糊變量賦值，確定論域內(nèi)元素對(duì)模糊變量的隸屬度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)和相關(guān)文獻(xiàn)，確定模糊化因子為：ke=kec=；解模糊因子為：K1=,K2=K3=。第k個(gè)采樣時(shí)間的整定為式中為經(jīng)典PID控制器的初始參數(shù)。即，模糊子集為ΔKP，ΔKD，ΔKI=｛NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB｝。即，模糊子集為e，ec={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}。 （41） 模糊PID控制器模糊部分設(shè)計(jì) 定義輸入、輸出模糊集并確定個(gè)數(shù)類別依據(jù)模糊PID控制器的控制規(guī)律以及經(jīng)典PID的控制方法[9]，同時(shí)兼顧控制精度。即，以給定值的偏差e和偏差變化ec為輸入；ΔKP，ΔKD，ΔKI為輸出的自適應(yīng)模糊PID控制器，見(jiàn)圖41。沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章 模糊PID控制器的設(shè)計(jì)第四章 模糊PID控制器的設(shè)計(jì)模糊PID控制器是以操作人員手動(dòng)控制經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的控制規(guī)則為核心，通過(guò)辨識(shí)系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)；經(jīng)過(guò)模糊推理，模糊判決，解模糊過(guò)程得到確定的控制量以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的在線控制。它能自動(dòng)調(diào)整PID參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)PID控制器參數(shù)的最優(yōu)配備，從而讓PID控制具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，優(yōu)化了控制效果。圖47 Z形隸屬函數(shù)⑴ 重心法⑵ 最大隸屬度法在推理結(jié)論的模糊集合中取隸屬度最大的那個(gè)元素作為輸出量即可。圖45 梯形隸屬函數(shù)⑸ 三角形隸屬函數(shù)見(jiàn)圖46，它的MATLAB表示為trimf(x,[a,b,c])。圖43 廣義鐘形隸屬函數(shù)⑶ S形隸屬函數(shù)見(jiàn)圖44，它的MATLAB表示為sigmf(x,[a,c])。在模糊控制中應(yīng)用較多的隸屬函數(shù)有以下6種：⑴ 高斯型隸屬函數(shù)見(jiàn)圖42，它的MATLAB表示為gaussmf(x,[σ,c])。但是維數(shù)選擇太高，模糊控制律就過(guò)于復(fù)雜，基于模糊合成推理的控制算法也就更困難。因此，適用于動(dòng)態(tài)特性的要求特別高的場(chǎng)合。⑶ 三維模糊控制器見(jiàn)圖35，它的三個(gè)輸入分別為系統(tǒng)偏差量e，偏差微分ec，偏差的二階微分ecc。⑴ 一維模糊控制器見(jiàn)圖33，它的輸入變量往往選擇為受控變量和輸入給定值的偏差e，但卻很難反映過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性品質(zhì)，因而往往被用于一階被控對(duì)象。由于Mamdani型模糊推理規(guī)則的形式符合人們的思維和語(yǔ)言表達(dá)的習(xí)慣。更為一般的一階Sugeno模型規(guī)則形式為：If x is A and y is B then z= px+qy+r。典型的零階Sugeno型模糊規(guī)則的形式：If x is A and y is B then z =k。它是最常用的模糊推理算法。此類方法將解模糊也結(jié)合到模糊推理中，故輸出為精確量。 （31）當(dāng)x為，且模糊關(guān)系的合成運(yùn)算采用“極大—極小”運(yùn)算時(shí)，模糊推理的結(jié)論計(jì)算如公式32所示。式中：x為輸入語(yǔ)言變量；A為推理前件的模糊集合；y為輸出語(yǔ)言變量；B模糊規(guī)則的后件。其采用極小運(yùn)算規(guī)則定義表達(dá)的模糊關(guān)系。 解模糊接口⑴ 解模糊 ⑵ 論域反變換 Mamdani模糊模型（邁達(dá)尼型）Mamdani型的模糊推理方法最先將模糊集合的理論用于控制系統(tǒng)[7]。 模糊推理機(jī)模糊控制應(yīng)用的是廣義前向推理。⑵ 規(guī)則庫(kù)（Rule Base）模糊控制規(guī)則集，即以“if…then…”形式表示的模糊條件語(yǔ)句，如R1：If e* is A1, then u* is C1,R2：If e* is A2, then u* is C2,…其中，e*就是前面所說(shuō)的模糊語(yǔ)言變量，A1，A2，…，An是et*的模糊子集，C1，C2，…，Cn是u*的模糊子集。 模糊控制器各部分組成 模糊化接口模糊化接口接受的輸入只有誤差信號(hào)e（t），由e（t）再生成誤差變化率或誤差的差分Δe（t），模糊化接口主要完成以下兩項(xiàng)功能：⑴ 論域變換 ⑵ 模糊化 知識(shí)庫(kù)知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)著有關(guān)模糊控制器的一切知識(shí)，它們決定著模糊控制器的性能，是模糊控制器的核心[6]。模糊化模糊推理知識(shí)庫(kù)解模糊被控對(duì)象圖31 模糊控制器控制流程為了了解模糊控制器的工作原理[5]，圖32列出其結(jié)構(gòu)框圖。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。表21 PID控制類型選定原則被控參數(shù)控制器備注溫度/成分流量/壓力液位/料位PIDPIP*K*K：當(dāng)工業(yè)對(duì)象具有較大的滯后時(shí)，可引入微分作用；但如果測(cè)量噪聲較大，則應(yīng)先對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行一階或平均濾波。 PID控制器的選擇與PID參數(shù)整定 PID控制器的選擇在引入PID之前要確定用哪種類型，即選定PID控制器的基本類型。Td偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短；Td偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)。 積分時(shí)間常數(shù)Ti對(duì)系統(tǒng)性能的影響積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，Ti?。ǚe分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。KP可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以控制對(duì)象的特性決定的。KP太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。 PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制性能的影響 比例系數(shù)KP對(duì)系統(tǒng)性能的影響比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。圖24 不完全微分PID和完全微分PID控制特性比較不完全微分PID控制中的微分作用能緩慢地維持多個(gè)采樣周期，使一般的工業(yè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能較好地跟蹤微分作用的輸出。 PID調(diào)節(jié)器圖23 不完全微分PID控制器其控制算法，如公式25所示。圖22 PID控制和積分分離PID控制比較 其中1普通PID控制效果 2積分分離PID控制效果顯然，積分分離的PID比普通的PID的控制效果好。其對(duì)應(yīng)的算法如公式24所示。為適應(yīng)更多的應(yīng)用領(lǐng)域，PID控制器也有了多種算法。再次，增量式算法中，計(jì)算機(jī)只輸出增量，誤動(dòng)作影響小。其次，在位置式控制算法中，由手動(dòng)到自動(dòng)切換時(shí)，必須首先使計(jì)算機(jī)的輸出值等于閥門(mén)的原始開(kāi)度，才能保證手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換，這將給程序設(shè)計(jì)帶來(lái)困難。 (23)式中，e(k)——第k次采樣時(shí)的偏差值；
e(k1)——第（k1）次采樣時(shí)的偏差值；
u(k)——第k次采樣時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出；
KP——比例系數(shù)； 。因此，在實(shí)際的控制系統(tǒng)中不太常用這種方法。 （22）調(diào)節(jié)器輸出u(k)與跟過(guò)去所有偏差信號(hào)有關(guān)，計(jì)算機(jī)需要對(duì)e（i）進(jìn)行累加，運(yùn)算工作量很大，而且計(jì)算機(jī)故障可能使u(k)做大幅振蕩，這種情況往往使控制很不方便，在有些場(chǎng)合可能會(huì)造成嚴(yán)重的事故。圖21 PID控制流程其控制原則如公式21所示。分析仿真結(jié)果，計(jì)算所建立模糊系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)以驗(yàn)證其實(shí)用性和可行性。第三章：著重掌握模糊控制理論，掌握模糊原理、模糊推理過(guò)程和模糊控制器的結(jié)構(gòu)和工作方式。 本文的研究目的和內(nèi)容論文將以學(xué)習(xí)PID控制理論、模糊控制理論、模糊PID控制器開(kāi)發(fā)、MATLAB下的仿真建模為研究方向，具體內(nèi)容安排如下：第二章：研究經(jīng)典PID控制器的工作原理，控制算法及其相應(yīng)的特點(diǎn)。⑸ 模糊電動(dòng)剃刀日本三洋、松下公司推出了模糊控制電動(dòng)剃刀，通過(guò)利用傳感器分析胡須的生長(zhǎng)情況和面部輪廓，自動(dòng)調(diào)整刀片，并選擇最佳的剃削速度。⑶ 模糊微波爐日本夏普公司生產(chǎn)的RESEI型微波爐，內(nèi)部裝有12個(gè)傳感器，這些傳感器能對(duì)食物的重量、高度、形狀和溫度進(jìn)行測(cè)量，并利用這些信息自動(dòng)選擇化霜、再熱、燒烤和對(duì)流4種工作方式，并自動(dòng)決定烹制時(shí)間。⑵ 模糊空調(diào)器模糊空調(diào)器可以靈敏地控制室內(nèi)的溫度。在社會(huì)生活領(lǐng)域中，體現(xiàn)在模糊控制技術(shù)在家電中的應(yīng)用，所謂模糊家電，就是根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)，在電腦或者芯片的控制下實(shí)現(xiàn)可模仿人的思維進(jìn)行操作的家用電器。1986年，都志杰等人用單片機(jī)研制了工業(yè)用模糊控制器。（4）控制的機(jī)理符合人們對(duì)過(guò)程控制作用的直觀描述和思維邏輯，是人工智能的再現(xiàn)，屬于智能控制。（2）模糊控制具有較強(qiáng)的魯棒性，被控對(duì)象參數(shù)的變化對(duì)模糊控制的影響不明顯，可用于非線性、時(shí)變、時(shí)滯的系統(tǒng)，并能獲得優(yōu)良的控制效果。歷經(jīng)多年發(fā)展，已有許多成功應(yīng)用模糊控制理論的案例，如Rutherford、Carter應(yīng)用于冶金爐和熱交換器的控制裝置。模糊控制技術(shù)依據(jù)與操作者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和直觀推斷，也依靠設(shè)計(jì)人員和研發(fā)人員的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)積累。而對(duì)一些復(fù)雜系統(tǒng)，如粒子反應(yīng)，氣象預(yù)報(bào)等設(shè)備，建立一個(gè)合理而精確的數(shù)學(xué)模型是非常困難的。它是用模糊數(shù)學(xué)的知識(shí)模仿人腦的思維方式，根據(jù)模糊現(xiàn)象進(jìn)行識(shí)別和判決，給出精