经典PID与模糊PID控制.docx
- 文档编号:12636459
- 上传时间:2023-04-21
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:172.03KB
经典PID与模糊PID控制.docx
《经典PID与模糊PID控制.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《经典PID与模糊PID控制.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
经典PID与模糊PID控制
`
与模糊PID控制经典PID一、PID控制规律控制输出由三部分组成:
减,以此产生控制作用,比例环节——根据偏差量成比例的调节系统控制量系统响应速度越,比例系数越大,少偏差。
比例系数的作用是加快系统的响应速度比例系数,甚至会导致系统的不稳定;快,系统的调节精度越高,但容易产生超调静态特,系统动态、会降低系统调节精度,系统响应速度变慢,调节时间变长过小,它也能使系统满足某一方面的特比例控制是最简单的控制结构,然而,性变坏。
PM、稳态误差等。
性要求,如GM、提高系统的无差度。
积分作用的强弱取决于积积分环节——用于消除静差,,,积分作用越强。
需要注意的是积分作用过强TI的大小,TI越小分时间常数可能引起系统的不稳定。
在偏差信号发生较大,微分环节——根据偏差量的变化趋势调节系统控制量可能引起系统的,的变化以前,提前引入一个早期的校正注意的是微分作用过强振荡。
已知被控对象的数学模型:
2s?
(s)G
)?
4?
3)(s)((s?
1s
二、经典设计PID根轨迹与波特图设计方法通常不3个参数,PID由于在设计控制器中要调整调节器设计方法。
该方法基于简单Nichols被直接采用。
Ziegler与发展了PID0KK?
?
,然后增加比例系数直至系统开始振的稳定性分析方法。
首先,置ID再将该比例系数乘轴上)jw。
0.6其他参数按下式计算:
,荡(即闭环系统极点在w?
K.?
K06KKPi4PiK?
KwmmPPDmIPwK为振荡频率。
然而,该设计方法在设计K值;式中,为系统开始振荡时的mm发现这种设计方法给予NicholsZiegler过程中没有考虑任何特性要求。
但是与这种设计方法过程控制器提供了好的工作性能。
工程师们的多年实践经验证明,的确是一种好的方法。
文档Word
`
根据给定传递函数用SIMULINK搭建结构图如下:
K=391,如图:
起振时m
KK分别为234.6、、276、49.8525、根据公式计算KpDI此时对于常数3的响应曲线如图:
文档Word
`
可见,此时系统振荡,不稳定,继续等比例调节参数得新参数65、77、14,得响应曲线:
可见此时系统响应时间过长,而且存在比较大的静态误差,为了减小响应时K,同时调节过程中会因参数变动产生,为了减小静态误差应增大间应增大KpI超调量,综合以上几点性能决定确定参数为120、300、14。
此时跟踪常数、斜坡、正弦、阶越信号图形分别如下:
文档Word
`
文档Word
`
静态误差对于超调量、响应时间、由以上几个响应曲线可以看出,经典PID很难同时达到让人满意的程度,尤其是对于阶越信号的响应存在较大的振荡。
三、模糊PID设计
模糊自整定PID属于一种智能PID控制,它的主要特点是根据误差和误差的e变化来自动调节PID的参数,首先将操作人员或专家的调节经验作为知识库,ec然后运用模糊控制理论的基本方法把知识库转化为模糊推理机制,利用模糊规则在线实时地对PID参数进行修改,以满足不同时刻的和对PID参数自整定的要ece求。
其控制结构图如下:
通过查阅各种参考文献,建立合适的模糊控制规则表得到三个修正参数的模糊规则表:
文档Word
`
(1)Kp的修正规则表
eckp
eNBNMNSZOPSPMPB
NB
NM
NS
ZO
PS
PM
PB
PBPBPMPMPSPSZO
PBPBPMPMPSZOZO
PMPMPMPSZONSNM
PMPSPSZONSNMNM
PSPSZONSNSNMNM
ZOZONSNMNMNMNB
ZO
NSNSNMNMNBNB
(2的修正规则表)Ki
ecki
eNBNMNSZOPSPMPB
NB
NM
NS
ZO
PS
PM
PB
NBNBNBNMNMZOZO
NBNBNMNMNSZOZO
NMNMNSNSZOPSPS
NMNSNSZOPSPSPM
NSNSZOPSPSPMPM
ZOZOPSPMPMPBPB
ZO
ZOPSPMPBPBPB
文档Word
`
(3)Kd的修正规则表
ec
NB
NM
NS
ZO
PS
PM
PB
kd
e
PSNBPSNSNBNMNBNB
ZONMNSPSNBNSNMNM
ZONSNSNMZONSNMNS
ZONSPSNSNSNSNSZOZO
ZOZOZOZOZOZOPSZO
PBPSPSPBNSPMPSPS
PB
PM
PS
PB
PM
PBPS
PM
,分围定义为模糊集上的论域和误差的变化将系统误差误差,12][-12ece分别表示其模糊化后的子集为个等级,7成},PS,,NS,,NB{ec,e?
NMZOPMPB,ece服从正态分布,用适当和为负大,负中,负小,零,正小,正中,正大。
设的隶属度函数表示,如下图:
误差的隶属度函数
文档Word
`
误差变化率的隶属度函数
相类似的,可以将修正值模糊化,也分成7个等级,其隶属度函数如下:
的隶属度函数Kp文档Word
`
的隶属度函数Ki
的隶属度函数Kd文档Word
`
对与PID的三个参数,自整定的PID参数计算公式如下:
K?
Kp0?
?
kppK?
Ki0?
?
kiiK?
Kd0?
?
kdd
的整定参数相似,然后根式中,Kp0,Ki0PID为给定的初值,一般与经典和Kd0按上诉所设计的模糊系统具体结构如据修正规则表,经过模糊推理获得修正量。
下:
模糊系统的结构图
编制了模糊PID控制的程序分两个部分,程序fuzzy_pid1.m是分别对和ece,修正量进行隶属度函数的设计和模糊推理系统的设计,程序kd?
?
ki,?
kp,fuzzy_pid2则是根据自整定参数计算公式实现模糊PID控制系统的主程序。
具体程序可见附录。
先运行fuzzy_pid1.m将模糊推理系统调入存中,再运行fuzzy_pid2.m自整定PID控制主程序就可得到系统的仿真曲线。
选择预定参数Kp0=50,Ki0=150,Kd0=1200,根据程序仿真如下图所示:
文档Word
`
Kp0=50,Ki0=150,Kd0=1200
由图可见虽然系统响应快,没有超调,但是没有实现跟踪,做到无静差。
改变参数选择,提高积分环节:
Kp0=50,Ki0=500,Kd0=1500
Kp0=50,Ki0=500,Kd0=1500
文档Word
`
响应略微有些超调,基本跟踪良好,调高Ki环节能实现无静差,但要相应增大微分环节避免超调量的过大。
三、经典PID与模糊PID控制系统的比较
简单地说,模糊PID控制器的具体实现过程就是用数字单片机为硬件基础,以软件实现模糊控制来实现变积分系数模糊PID控制,在变积分系数模糊PID控制中要用到各种算法来实现其推理过程,这些算法包括推理的数据结构、隶属函数的定义、隶数函数的形状及表示算法、控制规则的表示和识别算法以及反模糊化的算法等。
通过计算机仿真实验验证了PID模糊自整定控制方法的正确性。
模糊PID能对常规的PID控制器的参数实现智能调节,具有改善被控过程的动态和稳态性能作用,在提高系统抗干扰性及参数实变的鲁棒性等方面优越于常规的PID调节器。
由于模糊控制规则的智能性,是人类对复杂性系统的控制能力有较大提高。
文档Word
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 经典 PID 模糊 控制
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)