PID与模糊PID控制的概述
【摘要】本文介绍了PID控制器、模糊整定PID控制原理及其在MATLAB中的具体实现法，并进行了MATLAB仿真，直观地对比出专家PID和模糊PID控制器的动态性能以及之间的关系。
【关键字】专家PID控制 模糊PID控制 matlab仿真
一、概述
它用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，
Ti和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。
首先，PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。
其次，PID参数较易整定，即整定PID控制器，参数Kp，Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定。
现在，自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准。
在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好，但它们仍存在一些问题需要解决：
如果自整定要以模型为基础，为了PID参数的重新整定在线寻找和保持好过程模型是较难的。闭环工作时，要求在过程中插入一个测试信号。这个方法会引起扰动，所以基于模型的PID参数自整定在工业应用不是太好。
如果自整定是基于控制律的，经常难以把由负载干扰引起的影响和过程动态特性变化引起的影响区分开来，因此受到干扰的影响控制器会产生超调，产生一个不必要的自适应转换。另外，由于基于控制律的系统没有成熟的稳定性分析方法，参数整定可靠与否存在很多问题。
因此，许多自身整定参数的PID控制器经常工作在自动整定模式而不是连续的自身整定模式。自动整定通常是指根据开环状态确定的简单过程模型自动计算PID参数。
二、专家整定PID控制系统的实现原理
专家控制的实质是基于受控对象和控制规律的各种知识，并以智能的方式
利用这些知识来设计控制器。利用专家经验来设计PID参数便构成专家PID控
模糊PID控制综述
摘要：PID控制以其原理简单，使用方便，适应性强，制时精度低、抗干扰能力差等缺点，提出了一种参数自适应模糊PID控制方法。本文通过介绍模糊PID控制在几种不同系统应用的实例，以体现模糊PID控制有较强的鲁棒性、具有更好的动、静态性能和抗干扰能力。
关键词：PID、模糊控制、仿真
1． PID控制：
所谓 PID 控制，就是集成了比例、积分和微分的控制。比例控制器是自动控制原理中最典型的，用途也比较广泛，可以看作是个成比例的放大器。比例控制器最主要的优点是其简单性，但是它的缺点是存在有稳态误差。
消除稳态误差的方法可以用一个积分控制器，积分控制式：
其中，表示积分增益。
积分控制器的优点在于输出比例于积累的误差，缺点是会使系统的稳定性见效，原因是积分控制是在原点处增加了一个极点，而在前行通路增加极点则会使得原根轨迹向右半平面弯曲。
消除稳态误差还可以用微分控制器，微分控制式：
其中，表示微分增益。
微分控制器的优点是在误差变大之前就提供一个较大的校正，而缺点则是在误差不变化时，不产生输出控制，并且对噪声敏感，会放大高频噪声。
PID 控制器，顾名思义，就是综合了比例控制，积分控制和微分控制三者的特点，将这三种控制器联合起来使用所得到的控制器。PID 控制器可以消除单一控制器带来的缺点，可以表示为如下式：
式中，kp与表示比例增益，ki表示积分增益，kd表示微分增益。PID 控制器的设计过程中，其重点就是要选取合适的参数，以使得控制系统能够达到预期的控制目标。
2．模糊PID控制
PID 控制要求对控制器的参数进行严格的整定，使得当参数变化时，PID控制器参数不能随着被控对象的变化而作相应的调整，进行自我优化，导致系统超调量较大。
由于比例、积分和微分系数的数值固定，在变负载、慢时变参数的情况下，需要人工干预去重新整定控制器的参数，这既降低了工作效率，又增加了成本，且效果不佳。 为了实现较为精确的控制，引入了模糊算法，提高控制精度。利用模糊控制规则输出修正量(ΔKp、ΔKi、ΔKd)实时对PID进行参数修正,以满足不同误差和误差变化率对PID参数自调节的要求，从而使被控对象具有更加良好的动态特性和静态特性。
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-- )4)(3)(1(2)(sssssG经典ＰID与模糊PID控制
一、PID 控制规律
控制输出由三部分组成：
比例环节——根据偏差量成比例的调节系统控制量，以此产生控制作用,减少偏差。比例系数的作用是加快系统的响应速度,比例系数越大,系统响应速度越快，系统的调节精度越高，但容易产生超调,甚至会导致系统的不稳定;比例系数过小，会降低系统调节精度，系统响应速度变慢，调节时间变长,系统动态、静态特性变坏。比例控制是最简单的控制结构，然而，它也能使系统满足某一方面的特性要求，如GM、ＰM、稳态误差等。
积分环节——用于消除静差,提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TＩ 的大小， ＴＩ 越小,积分作用越强。需要注意的是积分作用过强,可能引起系统的不稳定。
微分环节——根据偏差量的变化趋势调节系统控制量，在偏差信号发生较大的变化以前，提前引入一个早期的校正注意的是微分作用过强,可能引起系统的振荡。
已知被控对象的数学模型：
二、经典ＰID设计
由于在设计ＰID控制器中要调整3个参数,根轨迹与波特图设计方法通常不被直接采用。Zieｇler与Niｃhols发展了PID调节器设计方法。该方法基于简单的稳定性分析方法。首先，置0IDKK,然后增加比例系数直至系统开始振荡（即闭环系统极点在jw轴上)。再将该比例系数乘0.６,其他参数按下式计算：
mPKK6.0 mPDwPiKK4 PiwKKmPI
式中,mK为系统开始振荡时的K值；mw为振荡频率。然而，该设计方法在设计过程中没有考虑任何特性要求。但是Ｚｉegler与Nichols发现这种设计方法给予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,这种设计方法的确是一种好的方法。 --
-- 根据给定传递函数用SIMUＬＩNＫ搭建结构图如下:
起振时mK=391，如图:
根据公式计算Kp、IK、DK分别为234.6、27６、49.8525
价值工程
图5测试库分类及示例图
表2检索性能比较
P10（%）P20（%）算法A算法B算法A算法B
bonecamelclassiccupelephantforkhammerjarlizzardspring878854884984955677407267474941636111553672.572.54267.536.5527043.5613554.54735.5362945.539.58.54929.5
用傅里叶系数的实部建立图像的特征向量对图像进行检
索，获得了较好的旋转不变性，
检索效果如图6，第一副为
示例图像。
参考文献：[1]章毓晋.图像处理和分析（图像工程上册）.北京:清华大学出版社,2004.[2]张洁.数字图像边缘检测技术的研究.硕士学位论文,合肥工业大学,2009.[3]BoberM..MPEG-7visualshapedescriptor.IEEETrans.onCirrcuitsandSystemsforVideoTechnology.2001,11(6):716-719.[4]冈萨雷斯.数字图像处理.北京:电子工业出版社,2005.[5]LateckiL.J.ShapeDatafortheMPEG-7CoreExperimentCE-Shape-1,/~latecki/TestData/mpeg7shapeB.tar.gz,2002.[6]CastlemanKR著，朱志刚等译.数字图像处理.北京：电子工业出版社,2002.0引言倒立摆是一个典型的不稳定系统，同时又具有多变
量、非线性、强耦合的特性，是自动控制理论中的典型被控对象。它深刻揭示了自然界一种基本规律，即一个自然不
稳定的被控对象，运用控制手段可使之具有一定的稳定性
和良好的性能。许多抽象的控制概念如控制系统的稳定
性、可控性、系统收敛速度和系统抗干扰能力等，都可以通
过倒立摆系统直观的表现出来。———————————————————————作者简介：黎亮（1985-），男，湖南浏阳人，战士，研究方向为伺服控制。倒立摆的模糊PID控制
