电液比例控制系统的参数模糊自整定PID控制研究
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式中 △ （） ｋ —— 第 ｋ次调 节量
（） １
机地结合起来 ， 出 了一种 模糊 自整定 ＰＤ控制算 提 Ｉ 法， 这种算法占用的存储空间小 ， 只需少量的 Ｃ Ｕ时 Ｐ 间进 行运算 处理 ， 合在单 片机 内运行 。 适
１ Ｐ Ｄ控 制 的 系统 结构 Ｉ
ｅ ｋ— —第 ｋ次误 差信 号 （）
０ 引 言
’
行过 程 中不 断地检 测 ｅ Ａｅ根 据模 糊 控 制 原理 对 ３ 和 ， 个控 制参 数进 行在 线 修 改 ， 满 足不 同暂 态 过 程对 控 以 制参 数 的不 同要 求 ， 而使被 控对 象具 有 良好 的动 、 从 静
态特性 。
电液 比例控 制 系统 已经广 泛应 用于 精度要 求 较 高 的行业 。其 传统 的控 制 方式 大 多 采 用 Ｐ Ｄ控制 技 术 ， Ｉ 它具有 简单 、 可靠 、 数整定 方便 等优 点 。但 电液 比例 参 控制 阀 的工 作环 境变 化很 大 ， 负载 千差 万别 ， 且 电 其 而 液 比例 控制 系统是 复 杂 的非线 性 高 阶 系统 ， 难 在 设 很 计 时建立 准确 的数 学 模 型 ， 因此 在 控 制性 能要 求 高 的 场 合 ， 规 的 ＰＤ控 制难 以取 得 良好 的控 制 效果 。模 常 Ｉ 糊 控制是 一种 比较 先 进 的控 制 方 法 ， 可 以弥 补 常规 它
着 偏差 ｅ和偏 差变 化率 ｅ ｃ的变 化 而变 化 的 ， 以必 须 所
首 先 明确两 者之 间 的关 系 。这 种二 元关 系在模 糊 系统
中主要 表 现如下 。
差ｅ 和误差变化率Ａ （ｃ 之间的模糊关系 ， ｅ ｅ） 在系统运
在 常规 Ｐ Ｄ控 制 中 ， Ｉ 当对 象 的负 载 出现 阶跃 变 化 时， 被调 量 的变化 曲线 会 出现 阻尼 振 荡 ， 图 ２所示 。 如
也 是不 同 的 如表 １ ５， 所示 。
２０ ０ ７年 第 ｔ趋向于设定值时， 应减 小控制参 数 值 ， 低 控 制强 度 ， 可 以减 小 振 荡 的幅 降 就 度； 而当被调量的变化是远离设定值的， ｅ 即 增大时 ， 便需要加大控制参数值 ， 增强其控制作用 ， 以便将被调 量拉 回到设定值 ， 尽快达到平衡。
从 表 中可 以看 出 ， ｅ ＞０时 ， 调量 的变 化趋 势 当 ｋ 被 与偏 差 的变化 趋 势 相 同， Ａ ｋ 即 ｅ ＞０时 则 远离 ， △ｅ 而 ｋ
＜ ０时则逼近 。而 ｅ ＜ ｋ ０时 ， 被调量 的变化趋势与偏 差 的变 化趋 势相 反 ， Ａ ｋ ０时则逼 近 ， Ａ ｋ 即 ｅ＞ 而 ｅ ＜０时 则远离。在分析并建立数学模 型时， 为了做到简单易 行 ， 以大 致认 为控 制参 数 的调 整趋 势 在 不 同情 况 下 可 分别与 △ ｋ 一 ｅ 成正比关系。考虑到偏差 △ ｋ ｅ和 △ｋ ｅ 也 是有 符 号 的 ， 此 引 人 符 号 函 数 ｓ ｎ（ ｋ 因 ｉ ｅ ）＝ ｇ
△ ｋ （ ）＝ Ｋ。ｅ ｋ ［ （ ）一ｅ ｋ一１ ］＋ Ｋ ｅ ｋ （ ） ｉ（ ）＋ Ｋ ｄ
ＰＤ控制不能在线整定参数 、 Ｉ 对于模型不清楚 的复杂
系统无 法 整 定 等 缺 点 ＿ 。本 文 将 这 两 种 控 制 思 想 有 ｌ Ｊ
［（ ） ｅ ｋ一１ ＋ｅ ｋ一２ ］ ｅ ｋ 一２ （ ） （ ）
Ｋ —— 比例 系数
Ｋ—— 积 分系 数 Ｋｄ —— 微 分 系数 从 上式 可 以看 出 ， Ｋ 、 Ｋ Ｋｄ的变 化 可直 接 导 致
△ “的改变 。从 图 １ 以看 出 ， 数 Ｋ。 ｉ Ｋｄ 随 可 参 、 、 是
为 了减 少系 统 的 内存 占用 ， 省 运 算 时 间 。本 文 节 将 采用增 量 式 ＰＤ控 制 器 。它 的具 体 结 构 如 图 １所 Ｉ 示 。其设 计 思 想 是 根 据 系 统 的 实 际 工 况 ， 自动 实 现 ＰＤ参数 的 最 佳 调 整 。 即 系 统 的基 本 控 制 规 律 仍 为 Ｉ ＰＤ控制 ， 用 ＰＤ的 ３个 控制 参 数 Ｋ 、 、 与误 Ｉ 采 Ｉ ＫｉＫｄ
糊 自整定控 制 算 法 ， 这种控 制 算 法 占用的存储 空间 小 ， Ｐ Ｃ Ｕ进 行 运 算处理 时 间短 ， 适合在 单 片机 内运行 。 关 键词 ： Ｉ 制算 法 ； Ｐ Ｄ控 电液 比例 控 制 ； 片机 单 中图分 类号 ： Ｈ１７ Ｔ ２ ３ ４ 文 献标 识码 ： 文章 编 号 ：０ ０４ ５ （０７ １－０ １０ Ｔ ３ ； Ｐ ７ ． Ｂ １０ ．８８ ２０ ）１０ １．３
Ｐｒ ｐ ｒ ｉ ｎ ｌＣｏ ｔ ｏ ｓ ｅ ｏ ｏ ｔｏ ａ ｎ ｒ １Ｓｙ ｔ ｍ
Ｚ ＨＡＮ ｉ Ｚ Ｇ Ｌ ， ＡＮＧ Ｊ ｎｊｎ ｕ — ｕ
（ 南科 技大学 制造科学与工程学 院 ， 西 四川 绵 阳 ６ １１） ２ ０ ０
摘
要： 在对 ＰＤ控制的响应特性进行详细分析的基础上 ， Ｉ 应用模糊控制技 术， 出了一种 Ｐ Ｄ参数模 提 Ｉ
２ 参数模 糊 自整定 Ｐ Ｄ算法原 理 Ｉ
Ｐ Ｄ控制 器 是 一 种 线性 控 制 器 ， 根 据 给 定 值 ｒ Ｉ 它
与实际输出值 Ｙ 构成控制偏差 ｅ ＝ｒ ， —Ｙ 将偏差 的比
例 Ｐ 积 分 Ｉ 微分 Ｄ通 过线性 组合 构成 控 制量 ， 般 、 和 一 增 量式 ＰＤ控制 的输 出可用 下式 表示 ： Ｉ
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２０ ０ ７年 第 ｌ 期 １
液 压 与 气 动
电液 比例 控 制 系统 的参数 模 糊 自整定 Ｐ Ｄ 控 制研 究 Ｉ
张 莉， 张俊俊
Ｐａ ａ ｔ ｒ ｚ ｖ Ｓｅｆ ｔ ｎ Ｄ ｎｔ ｏ ｎ Ｅｌ ｃ ｒ ． ｄ ａ ｌｃ ｒ ｍｅ ｅ ｓ Ｆｕ ｚ ｌ＿ｕ ｅ ＰＩ Ｃｏ ｒ ｌｉ ｅ ｔ ｏ ｈｙ ｒ ｕ ｉ
收稿 日期 ：０ ７０ ．４ ２ ０ ．４２
作 者简介 ： 张莉 （９ ２ ） 女 ， １８一 ， 四川德 阳人 ， 士研究 生 ， 硕 主要
图 １ 增量式 Ｐ Ｄ控制器结构 图 Ｉ
从事 液压控制方面的科研工作 。
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液 压 与 气动
（） １
机地结合起来 ， 出 了一种 模糊 自整定 ＰＤ控制算 提 Ｉ 法， 这种算法占用的存储空间小 ， 只需少量的 Ｃ Ｕ时 Ｐ 间进 行运算 处理 ， 合在单 片机 内运行 。 适
１ Ｐ Ｄ控 制 的 系统 结构 Ｉ
ｅ ｋ— —第 ｋ次误 差信 号 （）
０ 引 言
’
行过 程 中不 断地检 测 ｅ Ａｅ根 据模 糊 控 制 原理 对 ３ 和 ， 个控 制参 数进 行在 线 修 改 ， 满 足不 同暂 态 过 程对 控 以 制参 数 的不 同要 求 ， 而使被 控对 象具 有 良好 的动 、 从 静
态特性 。
电液 比例控 制 系统 已经广 泛应 用于 精度要 求 较 高 的行业 。其 传统 的控 制 方式 大 多 采 用 Ｐ Ｄ控制 技 术 ， Ｉ 它具有 简单 、 可靠 、 数整定 方便 等优 点 。但 电液 比例 参 控制 阀 的工 作环 境变 化很 大 ， 负载 千差 万别 ， 且 电 其 而 液 比例 控制 系统是 复 杂 的非线 性 高 阶 系统 ， 难 在 设 很 计 时建立 准确 的数 学 模 型 ， 因此 在 控 制性 能要 求 高 的 场 合 ， 规 的 ＰＤ控 制难 以取 得 良好 的控 制 效果 。模 常 Ｉ 糊 控制是 一种 比较 先 进 的控 制 方 法 ， 可 以弥 补 常规 它
着 偏差 ｅ和偏 差变 化率 ｅ ｃ的变 化 而变 化 的 ， 以必 须 所
首 先 明确两 者之 间 的关 系 。这 种二 元关 系在模 糊 系统
中主要 表 现如下 。
差ｅ 和误差变化率Ａ （ｃ 之间的模糊关系 ， ｅ ｅ） 在系统运
在 常规 Ｐ Ｄ控 制 中 ， Ｉ 当对 象 的负 载 出现 阶跃 变 化 时， 被调 量 的变化 曲线 会 出现 阻尼 振 荡 ， 图 ２所示 。 如
也 是不 同 的 如表 １ ５， 所示 。
２０ ０ ７年 第 ｔ趋向于设定值时， 应减 小控制参 数 值 ， 低 控 制强 度 ， 可 以减 小 振 荡 的幅 降 就 度； 而当被调量的变化是远离设定值的， ｅ 即 增大时 ， 便需要加大控制参数值 ， 增强其控制作用 ， 以便将被调 量拉 回到设定值 ， 尽快达到平衡。
从 表 中可 以看 出 ， ｅ ＞０时 ， 调量 的变 化趋 势 当 ｋ 被 与偏 差 的变化 趋 势 相 同， Ａ ｋ 即 ｅ ＞０时 则 远离 ， △ｅ 而 ｋ
＜ ０时则逼近 。而 ｅ ＜ ｋ ０时 ， 被调量 的变化趋势与偏 差 的变 化趋 势相 反 ， Ａ ｋ ０时则逼 近 ， Ａ ｋ 即 ｅ＞ 而 ｅ ＜０时 则远离。在分析并建立数学模 型时， 为了做到简单易 行 ， 以大 致认 为控 制参 数 的调 整趋 势 在 不 同情 况 下 可 分别与 △ ｋ 一 ｅ 成正比关系。考虑到偏差 △ ｋ ｅ和 △ｋ ｅ 也 是有 符 号 的 ， 此 引 人 符 号 函 数 ｓ ｎ（ ｋ 因 ｉ ｅ ）＝ ｇ
△ ｋ （ ）＝ Ｋ。ｅ ｋ ［ （ ）一ｅ ｋ一１ ］＋ Ｋ ｅ ｋ （ ） ｉ（ ）＋ Ｋ ｄ
ＰＤ控制不能在线整定参数 、 Ｉ 对于模型不清楚 的复杂
系统无 法 整 定 等 缺 点 ＿ 。本 文 将 这 两 种 控 制 思 想 有 ｌ Ｊ
［（ ） ｅ ｋ一１ ＋ｅ ｋ一２ ］ ｅ ｋ 一２ （ ） （ ）
Ｋ —— 比例 系数
Ｋ—— 积 分系 数 Ｋｄ —— 微 分 系数 从 上式 可 以看 出 ， Ｋ 、 Ｋ Ｋｄ的变 化 可直 接 导 致
△ “的改变 。从 图 １ 以看 出 ， 数 Ｋ。 ｉ Ｋｄ 随 可 参 、 、 是
为 了减 少系 统 的 内存 占用 ， 省 运 算 时 间 。本 文 节 将 采用增 量 式 ＰＤ控 制 器 。它 的具 体 结 构 如 图 １所 Ｉ 示 。其设 计 思 想 是 根 据 系 统 的 实 际 工 况 ， 自动 实 现 ＰＤ参数 的 最 佳 调 整 。 即 系 统 的基 本 控 制 规 律 仍 为 Ｉ ＰＤ控制 ， 用 ＰＤ的 ３个 控制 参 数 Ｋ 、 、 与误 Ｉ 采 Ｉ ＫｉＫｄ
糊 自整定控 制 算 法 ， 这种控 制 算 法 占用的存储 空间 小 ， Ｐ Ｃ Ｕ进 行 运 算处理 时 间短 ， 适合在 单 片机 内运行 。 关 键词 ： Ｉ 制算 法 ； Ｐ Ｄ控 电液 比例 控 制 ； 片机 单 中图分 类号 ： Ｈ１７ Ｔ ２ ３ ４ 文 献标 识码 ： 文章 编 号 ：０ ０４ ５ （０７ １－０ １０ Ｔ ３ ； Ｐ ７ ． Ｂ １０ ．８８ ２０ ）１０ １．３
Ｐｒ ｐ ｒ ｉ ｎ ｌＣｏ ｔ ｏ ｓ ｅ ｏ ｏ ｔｏ ａ ｎ ｒ １Ｓｙ ｔ ｍ
Ｚ ＨＡＮ ｉ Ｚ Ｇ Ｌ ， ＡＮＧ Ｊ ｎｊｎ ｕ — ｕ
（ 南科 技大学 制造科学与工程学 院 ， 西 四川 绵 阳 ６ １１） ２ ０ ０
摘
要： 在对 ＰＤ控制的响应特性进行详细分析的基础上 ， Ｉ 应用模糊控制技 术， 出了一种 Ｐ Ｄ参数模 提 Ｉ
２ 参数模 糊 自整定 Ｐ Ｄ算法原 理 Ｉ
Ｐ Ｄ控制 器 是 一 种 线性 控 制 器 ， 根 据 给 定 值 ｒ Ｉ 它
与实际输出值 Ｙ 构成控制偏差 ｅ ＝ｒ ， —Ｙ 将偏差 的比
例 Ｐ 积 分 Ｉ 微分 Ｄ通 过线性 组合 构成 控 制量 ， 般 、 和 一 增 量式 ＰＤ控制 的输 出可用 下式 表示 ： Ｉ
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２０ ０ ７年 第 ｌ 期 １
液 压 与 气 动
电液 比例 控 制 系统 的参数 模 糊 自整定 Ｐ Ｄ 控 制研 究 Ｉ
张 莉， 张俊俊
Ｐａ ａ ｔ ｒ ｚ ｖ Ｓｅｆ ｔ ｎ Ｄ ｎｔ ｏ ｎ Ｅｌ ｃ ｒ ． ｄ ａ ｌｃ ｒ ｍｅ ｅ ｓ Ｆｕ ｚ ｌ＿ｕ ｅ ＰＩ Ｃｏ ｒ ｌｉ ｅ ｔ ｏ ｈｙ ｒ ｕ ｉ
收稿 日期 ：０ ７０ ．４ ２ ０ ．４２
作 者简介 ： 张莉 （９ ２ ） 女 ， １８一 ， 四川德 阳人 ， 士研究 生 ， 硕 主要
图 １ 增量式 Ｐ Ｄ控制器结构 图 Ｉ
从事 液压控制方面的科研工作 。
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液 压 与 气动
