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GA-Fuzzy PID控制器设计及应用的开题报告开题报告一、选题背景在现代工业生产中，控制器的设计与应用是非常重要的，PID控制器是一种经典的控制器，广泛应用于各种工业过程控制系统中。
然而，传统的PID控制器存在一些问题，比如在非线性系统中表现不佳，容易产生振荡等。
为了解决这些问题，模糊PID控制器应运而生。
其通过将模糊控制理论和传统的PID控制器相结合，能够更好地适应各种工业过程控制系统的需求，并具有更好的鲁棒性和自适应性。
二、选题意义随着工业自动化水平的不断提高，对控制器鲁棒性和自适应性的要求也越来越高。
因此，采用模糊PID控制器的方式是一个非常现实的选择。
本课题的研究可以为实际工程中的控制器的设计运用提供参考，为提高工业自动化水平做出贡献。
三、研究内容本课题主要研究以下内容：(1) 研究模糊控制理论，了解模糊控制器的基本原理及其优缺点。
(2) 研究传统的PID控制器，进行PID控制器设计，掌握其基本原理及应用。
(3) 将模糊控制理论和传统的PID控制器相结合设计模糊PID控制器，进行模糊PID控制器设计，掌握其基本原理及应用。
(4) 对模糊PID控制器进行仿真实验，并与传统的PID控制器进行比较和分析，从而验证其优越性和适用性。
(5) 对模糊PID控制器在实际工业过程控制中的应用进行研究，探究其应用前景。
四、研究方法(1) 理论分析法：对模糊控制理论进行深入分析，并结合传统的PID控制器理论进行综合研究，理解其原理及特点。
(2) 仿真实验法：通过软件仿真实验，对模糊PID控制器进行性能测试，得出其优缺点，以及与传统的PID控制器的比较结果。
(3) 实际应用法：在实际工业过程中，对模糊PID控制器进行应用，观察反应结果，并结合理论分析和仿真实验结果进行比较、分析和总结。
五、预期成果本课题预期成果包括：(1) 对模糊控制理论和传统的PID控制器原理深入理解和总结。
(2) 设计出模糊PID控制器，并对其性能进行测试分析。
FUZZY-PID参数自整定PID算法及程序实现一、增量PID控制算法1.增量PID控制基本原理增量PID算法公式Δu(t)=Kp*(e(t)-e(t-1))+Ki*e(t)+Kd(e(t)-2*e(t-1)+e(t-2)) 式1Δu(t)——本次控制应输出的增量e(t)——基本偏差，当前测量值与设定目标的偏差。
设定目标为被减数，e(t)可正可负。
e(t-1)——上一次的基本偏差。
e(t-2)——上两次的基本偏差。
e(t)-e(t-1)——基本偏差的相对偏差，即本次基本偏差减上次的基本偏差，用于考察控制对象的变化趋势，这是微分项的体现。
Kp——比例常数。
Ki——基本常数。
Kd——微分常数。
输出量公式Pout(t)=Pout(t-1) +Δu(t) 式2即本次输出量应是上次输出量加本次应该有的增量。
2.PID调整区确定及PID常数取值范围。
（1）如果测量结果与控制目标相差甚远则可以用最大输出或零输出而没有必要启动增量PID调节，直到测量结果进入PID控制区域后，方启动PID细化调节。
（2）PID常数取值范围设调整区域测量范围为[-Δa,+ Δa],输出区域为[0~Outm]。
Δu(t)为测量值的增量PID 结果，因此其范围就是[-Δa,+ Δa]。
由于实际应用时测量值与输出量可能并非同一物理量，因此在作实际输出时应把测量值的PID增量映射为输出物理量，再作输出，因此有如下映射关系Pout(t)=Pout(t-1)+Outm/2Δa*Δu(t)。
当计算出的Pout(t)超越[0~Outm]范围时，应作边界限制。
为计算编程方便，Kp,Ki,Kd均作归一化处理，即取值范围均是[0,1]。
二、模糊控制基本原理及FUZZY-PID参数自整定模糊数学中定义了7个模糊子集为P B（正大），PM（正中）,P S（正小）,Z E（零）,N S （负小）,N M（负中）,N B（负大），可根据经验对输入量进行模糊处理，然后进行模糊运算解析出输出量的模糊值。
文献综述电气工程及其自动化基于Fuzzy推理的PID控制器设计前言偏差的比例（proportional）、积分（Integral）和微分（Derivative）的综合控制，简称PID 控【1】。
PID 控制器本身是一种基于对“过去”、“现在”和“未来”信息估计的简单但却有效的控制算法。
由于其算法简单、鲁棒性能好、可靠性高等优点，PID 控制策略被广泛应用于工业过程控制【3】。
模糊控制一直是智能控制研究的热点，其应用水平代表着产品智能化水平，模糊控制以其控制简单、实现成本低廉、无需建立数学模型等独到的优点被广泛应用于家电等控制中，尤其是在时变、非线性的液压控制系统中得到广泛的应用。
如果将两者结合，利用模糊规则调整PID 参数的大小，可满足实时控制的要求，使其对输出转速控制达到理想的效【4】。
主题一：模糊控制的发展1965年扎德在《信息与控制》杂志上先后发表了"模糊集"(Fuzzy Sets)和"模糊集与子系统"(Fuzzy Sets & Systems)，产生了模糊集合论，奠定了模糊集理论和应用研究的基础。
但"模糊"一词却在美国科技界遭到怀疑和反对，为此而影响了模糊逻辑在美国的研究和应用推广。
1968年扎德首次公开发表其"模糊算法"。
1973年发表了语言与模糊逻辑相结合的系统建立方法。
1974年伦敦大学Mamdani博士首次尝试利用模糊逻辑，成功地开发了世界上第一台模糊控制的蒸气引擎。
1965～1974年是模糊控制发展的第一阶段，即模糊数学发展与成形阶段。
其间于1972年，日本模糊系统研究基金会建立，后来成为国际模糊系统协会(IFSA)的日本办事处。
第二阶段大约从1974～1979年，这是产生简单模糊控制器的阶段。
在这期间，美国加州一公司率先生产了世上第一只模糊逻辑芯片。
1980年丹麦的斯密司公司首次应用芯片在水泥烘干机中成功地实现了模糊逻辑控制，但其自适应能力和鲁棒性有限，稳态精度也不够理想。
改进PID算法在空气压缩机压力控制系统中的应用总结第一篇：改进PID算法在空气压缩机压力控制系统中的应用总结第五章总结与展望本次毕业设计已经顺利结束，这也意味着大学本科阶段的生活即将告一段落，我们将步入社会开始新的人生旅程。
此次的毕业设计算是对我们整个大学所学的一次检验，也是对四年大学生活的一个诠释。
此次的毕业设计，从资料的查找到方案的论证，到后来的方案确定、硬件软件的设计及流程图的制作、程序的编写等等，基本上都是在老师的指导下独立完成的，这也是大学阶段最后一次在独立判断和处理问题的能力上的培养，让我在这过程中收获良多。
下面结合我所做的设计《改进PID算法在空气压缩机压力控制系统中的应用》，对设计出的该系统是实现的基本功能做一个简单的论述。
长期以来，压缩机都是二位式起动，在工频下运行，为了保持管网的压力恒定，常常是靠人为的调整压缩机的开度，这样就需要大量的人力，而且压缩机常常在空载状态下运行，这样就造成了能源浪费，在能源问题日益严峻的今天，能够设计或改造出根据用气量变化而调节压缩机转速的控制系统显得尤为重要，会产生良好的经济效益和社会效益。
本系统中可以把（0-200）Mpa范围内的压力转换为电压信号，通过模数转换，单片机就可以对压力信号进行控制，主要是调用变速PID程序，使压缩机的转速与用气量的大小相对应，再经过数模转换，通过变频器改变电动机的转速，从而达到维持系统恒定的目的。
本设计中的不足之处就是变频部分有SA4828芯片与驱动电路、逆变电路译码编码器等组成，结构成分较多，容易出现干扰和线路问题。
总的来说，该系统有调试简单、测试精度高、有键盘和显示部分，可用于对工作压力有要求的空气压缩机压力控制系统中。
第二篇：PLC在铣床控制系统中的应用PLC在铣床控制系统中的应用谢保鸡摘要：介绍用PLC取代X62W万能铣床的继电器控制电路，阐述了PLC的设计方案；根据控制要求，确定PLC的输入输出点数，进行PLC型号选择，对I/O地址进行了分配，并画出了I/O接线图；根据控制原理，画出了梯形图。
第10卷第5期2005年10月##新#余#高#专#学#报J O U R N A L #O F #X I N Y U #C O L L E G E V o l .10,N O.5O c t .2005F u z z y -PI D 在传统空气压缩机改造中的应用●#胡应占,冯#硕#######(河南工业职业技术学院电气工程系,河南南阳473009$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)摘#要:传统的空气压缩机多数采用加、卸载供气控制方式,不仅供气压力不稳定,而且使空气压缩机的负荷状态频繁地变换,造成经济损失。
以参数模糊自整定P I D 控制器为基础,以单片机为控制核心构成闭环变频调速系统,是对传统空气压缩机的改进。
关键词:空气压缩机;F u z z y-P I D ;P WM 变频调速中图分类号:T M 344.6#文献标识码:A ##文章编号:1008-6765-(2005)05-0033-$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$05收稿日期2005-04-19作者简介:胡应占(1972-),男,河南舞钢人,讲师,河南理工大学在职硕士研究生。
0引言空气压缩机是一种把空气压入储气罐中,使之保持一定压力的机械设备。
它作为一种重要的能源产生形式,为各种气动元件和气动设备提供气源,广泛应用机械、治金、电子电力、医药、包装、化工、食品、采矿、纺织、交通等众多工业领域。
空气压缩机传统的工作方式是进气阀开、关控制方式,这种频繁地加减负荷过程,使供气压力波动较大。
考虑到压缩机在满负荷下长时间运行的可能性,通常按最大需求来选择电动机的容量,而实际中轻载运行的时间一般所占的比例较高,造成能源浪费。
另外,为保证用户正常工作的压力值,设置减压阀减压更是人为浪费。
为此,我们在传统空气压缩机改造中利用机电一体化技术,通过内置变频器,采用F u z z y -P I D 控制技术,将管网压力始终维持在能满足供气压力的工作压力上,保证了产品质量,收到较好的经济效益。
1空气压缩机智能控制装置的硬件及工作原理空气压缩机智能控制系统原理框图如图1所示,从结构上主要分为控制部分和执行驱动部分。
控制部分主要由单片机、P WM 波发生器、I P M 逆变器、A /D 、D /A 转换模块、整流模块、故障检测和报警电路等组成。
执行驱动部分主要包括三相交流电动机和空压机。
系统的工作原理为:霍尔电流、电压传感器及压力变送器将检测到的逆变模块的三相输出电流、电压及储气罐的压力信号,经采样保持、A /D 转换后送入单片机。
单片机通过8255控制P WM 波发生器,产生的P WM 波经T I L 300线性光耦进行电气隔离后作用于逆变模块I P M ,实现电机的变频调速,实现储气罐的压力控制。
逆变模块工作时所需要的直流电压信号由整流电路对380V 电源进行全桥整流得到。
控制系统主要功能元件的选型与设计:(1)单片机系统选用A T 89C 52单片机,通过并行I /O 接口芯片8255提供三相P WM 波发生器S A 4828所需要的控制信号,处理I P M 发出的故障信号和报警信号,处理通过模拟输入口接收的压力、电流、电压、温度等检测信号。
通过8279构成键盘显示电路实现人机对话功能,利用4"4键盘接收系统对转矩、压力等设定信号,利用O D-D M 12864A 可分别对储气罐压力、电机温度、通讯和参数等信号等进行显示、设置或调试,显示直观、清晰。
时钟电路利用日历时钟芯片D S 12887,用来提供采样与控制周期所需要的时间以及日历,而且其内部的非易失性R AM ,可用来存入需长期保存数据。
为了实现计算机联网和远程控制,选用MA X 232作为系统的串行通讯接口,实现单片机与其它微机间的通讯。
利用"P 监控集成电路MA X 813L 实现单片机系统程序运行监视。
MA X 813L 具有上电复位、“看门狗(W a t c h -d o g )”定时输出、掉电电压监测复位、手动复位四大功能,价格低,可靠性高。
(2)储气罐压力检测采用C Y B 11系列通用型压力变送器,它由半导体扩散硅压力传感器及专用放大线路组成,具有体积小、精度高、电路调试方便、可靠性高、抗干扰能力强等特点。
(3)电压、电流及检测检测电压、电流主要是为了计#·34#·新#余#高#专#学#报#2005(第10卷)图1#空气压缩机智能控制系统框图算电机的力矩,以及变频器输出回路短路、断相保护和逆变模块故障诊断。
由于变频器输出的电流和电压的频率范围为0&50H z,采用常规的电流、电压互感器无法满足要求。
为了快速反映出电流的大小,采用霍尔型电流互感器检测I P M输出的三相电流,对于I P M输出电压的检测采用分压电路。
如图2所示。
(4)采样通道利用采样保持器L F398将数据通过12位A/D转换器A D C1210转换后进入单片机系统进行处理。
(5)三相P WM波发生器选用S A4828作为三相P WM发生器。
S A4828是M i t e l公司生产的三相P WM波形产生器,具有独立的标准微处理器接口,芯片内部包含了波形、频率、幅值等控制信息,它可提供高质量、全数字的三相脉宽调制波形,而且编程简单方便,修改灵活。
(6)智能功率模块I P M经计算,选用三菱智能I G B T P M50R S A060可以满足系统要求。
且该功率模块集功率开关和驱动电路、制动电路于一体,并内置过电流、短路、欠电压和过热保护报警输出,是一种高性能的功率开关器件。
2参数模糊自整定P I D控制器的结构常规的电机调速控制器一般为P I D控制器。
P I D控制图2#I P M输出电流、电压检测器具有结构简单、稳定性好、稳定精度高等优点。
但常规P I D控制器的设计过分依赖于控制对象模型,参数鲁棒性较差,抗负载扰动能力也不太强,且不具有在线整定参数K P、K I、K D的功能。
模糊控制器具有不依赖对象的数学模型、便于利用人的经验知识以及鲁棒性强等优点,它能很好克服交流调速系统中模型参数变化及非线性等不确定因素给系统性能带来的不利影响。
为了满足在不同偏差.e.和偏差变化率.e c.对P I D参数自整定的要求,利用模糊控制规则在线对P I D参数进行修改,便构成了参数模糊自整定P I D控制器。
为此我们采用参数模糊自整定P I D控制策略#2005(第10卷)胡应占,冯硕:F u z z y-P I D在传统空气压缩机改造中的应用·35#·实现压缩机电动机的转速调节。
参数模糊自整定P I D控制器的基本结构如图3所示。
它由直接控制器和间接控制器组成。
直接控制器采用常规的P I D控制器,间接控制器为模糊推理。
在运行过程中,P I D控制器不停判断储气罐压力与给定压力差值,通过P I D运算输出控制量u,改变P WM波发生器的开关速度,调节电机运行速度,带动空压机,使储气罐内压力达到或接近给定值;模糊推理通过对当前压力与给定压力的偏差.e.和偏差变化率.e c.的综合判断,对P I D控制器的性能作出评价,并根据控制效果在线修改P I D参数,使P I D控制器的控制效果达到最佳。
图3#参数模糊自整定P I D控制器系统原理图P I D控制器采用增量计算,位置输出的算法,其表达式为:%U(k)=U(k)-U(k-1)U(k)=U(k-1)+%U(k)=K P[e(k)-k(k-1)]+TT ie(k)+T dT[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]=K P%e(k)+K I e(k)+K D[%e(k)-%e(k-1)]式中u(k)-第k个采样时刻控制器输出量;e(k)-第k个采样时刻控制器输入量;K P-比例系数;T i-积分时间;T d-微分时间;T-采样周期。
首先利用M a t l a b仿真离线确定KP 、KI和KD的初值,然后通过实验对KP 、KI和KD加以调整,并存入单片机系统E2P R OM。
实际运行时,为了减小运算工作量,提高系统的实时性,采用查表法实现对KP 、KI和KD的修正。
方法为:首先将.e.和.e c.模糊化,然后查控制决策表,得出对应的K P、K I和K D值。
3参数模糊自整定P I D控制器设计3.1控制器输入、输出语言变量及其隶属函数的确定P I D参数自整定思想是首先找出P I D三个参数与误差.e.和误差变化率.e c.之间的模糊关系,在运行中不断检测.e.和.e c.,再根据模糊控制原理来对P I D参数在线修改,以满足不同.e.和.e c.时对控制器参数的不同要求,从而使被控对象有良好的动、静态性能。
根据P I D参数整定思想,模糊控制器各语言变量论域确定为:.e.:x={0,1,2,3,4}.e c.:y={0,1,2,3,4}K P,K I,K D:Z P=Z I=Z D={0.05,0.5,1,2,3}其中,在输入语言变量E和E C的论域中,取语言值为“零”(Z),“小”(S),“中”(M),“大”(B)四种,各语言值的定义分别由图4、图5给出的E和E C的隶属函数曲线来描述。
同样,在输出语言变量KP,KI,KD的论域中取“大”(B),“较大”(P B),“中”(M),“小”(S),“零”(Z)五种语言值,隶属函数是单点模糊量形式,各语言值的隶属函数如图6所示。
图4#偏差e隶属函数曲线图5#e c隶属函数曲线图6#KP、KI、KD隶属函数曲线3.2P I D参数K P、K I、K D的调整规则#·36#·新#余#高#专#学#报#2005(第10卷)根据P I D 参数整定原则以及运行经验,得到参数K P ,K I ,K D 的调整规则见表1,表2,表3。
表1比例系数K P 整定规则表.e c ..e .Z ###S ###M ###B Z S M BZ ###S ###M ###B S ###PB ##P B ##P B B ###B ###B ###B P B ##P B ##P B ##P B 表2积分系数K 1整定规则表.e c ..e .Z ###S ###M ###B Z S M BM ##M ##P B #B M ###M ##PB ##BS ###S ###S ###S Z ###Z ###Z ###Z 表3微分系数K D 整定规则表.e c ..e .Z ###S ###M ###B Z S M BM ###M ###S ###S S ###P B ##P B ##P B S ###S ###S ###S Z ###Z ###Z ###Z3.3P I D 参数模糊控制表模糊控制算法是否完善、合理将直接影响系统的控制效果。
