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模糊自整定PID控制器的设计与仿真

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模糊自整定PID控制器的设计与仿真

王安;杨青青;闫文宇

【期刊名称】《计算机仿真》

【年(卷),期】2012(29)12

【摘 要】The conventional PID controllers are often used in industrial

process control for simple structure, good robustness, and convenient

adjustment parameters and so on. But its parameters setting is based on

the mathematical model of the object and on some rules, which is difficult

to adapt to the complex control system. In view of the shortages of PID

controllers such as inefficiency parameter tuning, long regulating time, and

weak adaptability for the controlled objects, a fuzzy parameters self -

tuning PID controller was proposed, which combined the fuzzy control

with PID control theory. The controller realized the PID parameters self -

tuning online, which was based on the conventional PID controller and

proceed corresponding fuzzy reasoning. The results of simulation show

that the fuzzy parameters self - tuning PID controller possesses the

advantage of both quick action, strong adaptability of fuzzy control and

the precise character of PID control, and can make the system has better

control effect, therefore it has further prospect in engineering application.%常规PID控制器因结构简单、鲁棒性好、参数调整方便等,常被用于工业过程控制.但其参数整定是在获取被控对象数学模型的基础上根据一定的规则来确定的,难以适应复杂多变的控制系统.针对其参数整定效果不良、调试时间长、对被控对象适应性差等缺点,将模糊控制与PID控制相结合,设计了模糊自整定PID控制器.在常规PID控制器基础上,根据相应的模糊规则进行模糊推理,实现PID参数的在线自整定.仿真结果表明,模糊自整定PID控制器,不仅具有模糊控制快速、适应性强等优点,又有PID控制精确度高的特点,使系统有较好的控制作用,因此具有较好的工业应用前景.

【总页数】5页(P224-228)

【作 者】王安;杨青青;闫文宇

【作者单位】西北工业大学自动化学院,陕西西安710072;西北工业大学自动化学院,陕西西安710072;西北工业大学自动化学院,陕西西安710072

【正文语种】中 文

【中图分类】TP273+.4

【相关文献】

1.感应电机模糊自整定PID控制器设计与仿真 [J], 乔维德

2.模糊自整定PID控制器的设计与仿真 [J], 李茜;李彬;朱雪丹

3.在线参数自整定模糊PID控制器的设计与仿真 [J], 王伟;叶真;李瑞杰

4.参数自整定模糊PID控制器的设计与仿真 [J], 段五星;张新政

5.基于时滞系统的参数自整定模糊PID控制器的设计与仿真研究 [J], 段五星;张新政

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本科毕业论文PID温控系统的设计及仿真

本科毕业论文PID温控系统的设计及仿真

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- - 可修编-

CENTRAL SOUTH UNIVERSITY

本科生毕业论文

题 目 PID温控系统的设计及仿真

学生

指导教师

学 院 信息科学与工程学院

专业班级 -

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- - 可修编- 完成时间 年月 -

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- - 可修编- 摘要

温度是工业控制的主要被控参数之一。可是由于温度自身的一些特点，如惯性大，滞后现象严重，难以建立精确的数学模型等，给控制过程带来了难题。

要对温度进行控制，有很多方案可选。PID控制简单且容易实现，在大多数情况下能满足性能要求。模糊控制的鲁棒性好，无需知道被控对象的数学模型，且在快速性方面有着自己的优势。研究分析了PID控制和模糊控制的优缺点，把两者相互结合，采用了用模糊规则整定PK、IK两个参数的模糊自整定PID控制方法。本研究以电烤箱为控制对象，用MATLAB软件对PID控制、模糊控制和参数模糊自整定PID控制的控制性能分别进行了仿真研究。仿真结果表明PID对于对象模型复杂和模型难以确定的控制系统具有很大的局限性，不能满足调节时间短、超调小的技术要求。由于模糊控制的理论（如量化因子和比例因子的确定问题）并不完善，其可能获得的控制性能无法把握，而且模糊控制易受模糊规则有限等级的限制而引起稳态误差。参数模糊自整定PID控制吸收前两种方法的长处，满足了调节时间短、超调量为零且稳态误差较小的控制要求。因此本论文最终确定采用参数模糊自整定PID控制方案。

模糊免疫PID控制器设计及温度控制仿真

模糊免疫PID控制器设计及温度控制仿真

２００８年１２月　第２５卷第４期　三明学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＡＮＭＩＮＧ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　Ｄｅｃ．２００８　Ｖ０Ｉ．２５　Ｎ０．４　模糊免疫ＰＩ　Ｄ控制器设计及温度控制仿真　任雯．饶连周　（三明学院物理与机电工程系，福建三明３６５００４）　摘要：：针对实际工业过程中温度控制的特点，根据模糊参数自整定ＰＩＤ控制和免疫调节机理。设计了一种模糊免疫　ＰＩＤ控制器。该控制器综合了模糊控制、免疫调节规律与ＰＩＤ控制技术，仿真结果表明该方法具有超调量小、调整时间短、　抗干扰能力和鲁棒性强等优点。并对负栽扰动具有良好的抑制效果。　关键词：模糊控制；模糊免疫ＰＩＤ；仿真　中图分类号：ＴＰ２７３￣．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—４３４３一（２００８）０４－０３９５－－０３　Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｕｚｚｙ－Ｉｍｍｕｎｅ－ＰＩＤ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ＲＥＮ　Ｗｅｎ．ＲＡ０　Ｌｉａｎ—ｚｈｏｕ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓａｎｍｉｎｇ　Ｕｎｗｅ￣ｉｔｙ，Ｓａｎｍｉｎｇ　３６５０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｉｆｉｃｕｌｔｉｅｓ　ｏｆ　ａｃｔｕａｌ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ａ　ｆｕｚｚｙ－ｉｍｍｕｎｅ—ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｉｍｌｌｌｕｎｅ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｗｉｔｈ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｓｅｌｆ－ｔｕｎｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔ　ｒｏｌｌｅｒ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｆｕｚｚｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｒｕｌｅ　ｏｆ　ｉｍｍｕｎｅ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｎ　ＭＡＴＬＡＢ　ｐｒｏｖｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ｌｏｗ　ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ　ｓｈｏｒｔ　ｒｅｇｕｌａｔｅ　ｔｉｍｅ，ｓｔｒｏｎｇ　ａｎｔｉ－ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ　ａｂｉｌｉｔｙ，ｇｒｅａｔ　ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｐｏｓｓｅｓｓ　ｂｅａｅｒ　ｒｏｂｕｓｔ　ｐｒｏｐｅｒｔｙｔｏｌｏａｄ２ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｕｚｚｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｆｕｚｚｙ－ｉｍｍｕｎｅ－ＰＩＤ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　０引言　ＰＩＤ控制是迄今为止最通用的工业过程控制　方法，大多数反馈回路都采用该方法进行控制。即　使在科技发达的日本．纯ＰＩＤ控制的使用率在　８４．５％以上．若将改进型包含在内则超过９Ｏ％。这　是因为ＰＩＤ控制具有结构简单、鲁棒性强、实现容　易等一系列优点。但是当被控对象具有非线性特　征时．传统ＰＩＤ控制器的参数整定比较敏感．往往　需要专家应用理论或试凑的方法加以解决．易产　生振荡，甚至失稳，难以达到满意的控制效果。计　算机技术和智能控制理论的发展为复杂动态不确　定系统的控制提供了新的途径。神经网络技术、模　糊控制技术、遗传算法优化技术等智能控制技术　发展很迅速【”。采用模糊控制可以较好地处理各种　不确定性、时变性和非线性，一些学者已经将模糊　控制与ＰＩＤ控制结合起来解决控制问题闭。人工免　疫系统借鉴了自然免疫系统自适应（或称自调　收稿日期：２００８—０９—１３　基金项目：三明学院科学研究发展基金项目（Ｂ０８３０／Ｑ）　作者简介：任雯，（１９７９－），男，河南永城人，助教。　整）、自组织的特性，在大量干扰和不确定的环境　中具有很强的鲁棒性和自适应性。本文所采用的　模糊免疫ＰＩＤ控制器．实质上就是模糊控制与免　疫ＰＩＤ控制的结合．采用此种控制方法可提高系　统的控制精度和抗干扰能力【３］。　１免疫ＰｌＤ控制原理　免疫ＰＩＤ控制器是借鉴生物系统的免疫机理　而设计出的一种非线性控制器。免疫是生物体的　一种特性生理反应。生物的免疫系统对于外来侵　犯的抗原，可以产生相应的抗体来抵御。抗原和抗　体结合以后．会产生一系列的反应。通过吞噬作用　或产生特殊酶的作用而毁坏抗原。生物的免疫系　统由淋巴细胞和抗体分子组成．淋巴细胞又由胸　腺产生的Ｔ细胞（分别为辅助细胞ＴＨ和抑制细胞　ＴＳ）和骨髓产生的Ｂ细胞组成。当抗原侵入机体并　经周围消化后。将信息传递给Ｔ细胞。即传递给　

电液比例位置系统模糊自整定PID控制器设计与仿真研究

电液比例位置系统模糊自整定PID控制器设计与仿真研究

２００７年第１２期　液压与气动　２３　

电液比例位置系统模糊自整定ＰＩＤ控制器设计与仿真研究　

郭振兴，房建东，房彦伟　

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｆｕｚｚｙ　Ｓｅｌｆ－ｔｕｎｉｎｇ　ＰＩＤ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ｂａｓｅｄ　

ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏ—ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　

ＧＵ（）Ｚｈｅｎ—ｘｉｎｇ．ＦＡＮＧ　Ｊｉａｎ—ｄｏｎｇ．ＦＡＮＧ　Ｙａｎ—ｗｅｉ　

（内蒙古工业大学信息工程学院，内蒙呼和浩特Ｏｌ００５１）　

摘　要：电液比例位置系统是一种非线性、时变性系统，其参数具有非线性特性，常用的线性化模型基础　

上的经典控制器，不能取得满意的控制效果。该文将模糊自整定控制器应用于电液比例位置系统中进行研　

究并与常规Ｆｕｚｚｙ－ＰＩＩ）控制器进行比较，通过ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真，仿真结果表明采用该控制器的控制　

系统，其动态性能得到了明显改善，系统仿真验证了该设计的有效性与实用性。　

关键词：电液比例；模糊控制；参数自整定；系统仿真　

中图分类号：ＴＰ２７３．２文献标识码：Ｂ文章编号：１０００．４８５８（２００７）１２．００２３　０４　

０　引言　

电液比例位置系统是一种非线性、时变性系统，其　

特征参数具有非线性特性，常用的线性化模型基础上　

的经典控制器，不能取得满意的控制效果。　

自适应控制运用现代控制理论在线辨识对象特征　

参数，实时改变其控制策略，使控制系统品质指标保持　

在最佳范围内，但其控制效果的好坏取决于辨识模型　

的精确度。随着生产过程生产规模的扩大和复杂程度　

的提高，建立系统的精确模型已变得越来越困难　因　

此，在生产过程中，大量采用的仍然是ＰＩＤ算法，ＰＩＤ　

参数的整定方法很多，但大多数都以对象特性为基础。　

随着计算机技术的发展，利用人工智能的方法将　

操作人员的调整经验作为知识存入计算机中，根据现　

场实际情况，计算机能自动调整ＰＩＤ参数，这样就出　

参数自整定模糊PID控制器的设计与仿真

参数自整定模糊PID控制器的设计与仿真

第２５卷　２０１１年　第３期　８月　五邑大学学报（自然科学版）　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＷＵＹＩ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｂ１．２５　Ｎｏ．３　Ａｕｇ．　２０１ｌ　

文章编号：１００６．７３０２（２０１１）０３．００５卜Ｏ５　

参数自整定模糊Ｐ　ｌ　Ｄ控制器的设计与仿真　

段五星’．张新政　１．２　（１．广东工业大学自动化学院。广东　广州　５１０００６　２．广州科技贸易职业学院，广东　广州　５ｌ　１４４２）　

摘要：为保证大时滞复杂系统的稳定性和抗干扰性，结合模糊控制和常规ＰＩＤ控制的优点，　设计了一种参数自整定模糊ＰＩＤ控制器，根据其输出形式的不同，采用了位置式和增量式２　种方法对时滞系统进行了有效控制，利用Ｍａｔｌａｂ软件的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ和Ｆｕｚｚｙ工具箱进行了仿真．　结果表明：增量式输出方法时控制效果更好，并具有零超调、无静差、过渡时间短、稳定性好　等特点．根据实验结果，总结出了调整模糊ＰＩＤ控制器各参数的一般规律和设计方法．　关键词：参数自整定；模糊ＰＩＤ控制器；位置式；增量式　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标志码：Ａ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒ　Ｓｅｌｆ－ｔｕｎｉｎｇ　Ｆｕｚｚｙ　ＰＩＤ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　

ＤＵＡＮ　Ｗｕ—ｘｉｎｇ‘．ＺＨＡＮＧ　Ｘｉｎ—ｚｈｅｎｇ。・。　

（１．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０００６，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｂｕｓｉｎｅｓｓ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１　１　４４２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒ￣ｔ：Ａ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｓｅｌｆ－ｔｕｎｉｎｇ　ｆｕｚｚｙ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｆｕｚｚｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｗｉｔｈ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｔｏ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｔｉｍｅ　Ｄｅｌａｙ　Ｓｙｓｔｅｍ．Ａｎｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｉｔｓ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｏｕｔｐｕｔ　ｆｏｒｍ，ｔｗｏ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｔｙｐｅ　ａｎｄ　ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ　ｔｙｐｅ。ａｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａ　ｔｉｍｅ　ｌａｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　ａｎｄ　Ｆｕｚｚｙ　ｔｏｏｌ　ｂｏｘｅｓ　ｏｆ　Ｍａｔｌａｂ　ａｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｄｕｃｔ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ　ｔｙｐｅ　ｉｓ　ｂｅｔｔｅｒ　ｗｉｔｈ　ｚｅｒｏ　ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ，ｎｏ　ｓｔａｔｉｃ　ｅｒｒｏｒ，ｓｈｏｒｔｅｒ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｓｕｐｅｒｉｏｒ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｒｕｌｅｓ　ｆｏｒ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｕｚｚｙ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ａｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｓｅｌｆ－ｔｕｎｉｎｇ；ｆｕｚｚｙ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｔｙｐｅ；ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ　ｔｙｐｅ