經(jīng)典pid及模糊pid控制

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1、WORD格式整理經(jīng)典PID與模糊PID控制一、PID控制規(guī)律控制輸出由三部分組成：比例環(huán)節(jié)——根據(jù)偏差量成比例的調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制量,以此產(chǎn)生控制作用,減少偏差。比例系數(shù)的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度,比例系數(shù)越大,系統(tǒng)響應(yīng)速度越快,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高,但容易產(chǎn)生超調(diào),甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定;比例系數(shù)過(guò)小,會(huì)降低系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度,系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢,調(diào)節(jié)時(shí)間變長(zhǎng),系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性變壞。比例控制是最簡(jiǎn)單的控制結(jié)構(gòu)，然而，它也能使系統(tǒng)滿(mǎn)足某一方面的特性要求，如GM、PM、穩(wěn)態(tài)誤差等。積分環(huán)節(jié)——用于消除靜差,提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TI的

2、大小,TI越小,積分作用越強(qiáng)。需要注意的是積分作用過(guò)強(qiáng),可能引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。微分環(huán)節(jié)——根據(jù)偏差量的變化趨勢(shì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制量,在偏差信號(hào)發(fā)生較大的變化以前,提前引入一個(gè)早期的校正注意的是微分作用過(guò)強(qiáng),可能引起系統(tǒng)的振蕩。已知被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型：二、經(jīng)典PID設(shè)計(jì)由于在設(shè)計(jì)PID控制器中要調(diào)整3個(gè)參數(shù)，根軌跡與波特圖設(shè)計(jì)方法通常不被直接采用。Ziegler與Nichols發(fā)展了PID調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法。該方法基于簡(jiǎn)單的穩(wěn)定性分析方法。首先，置，然后增加比例系數(shù)直至系統(tǒng)開(kāi)始振蕩（即閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)在jw軸上）。再將該比例系數(shù)乘0.6，其他參數(shù)按下式計(jì)算：式中

3、，為系統(tǒng)開(kāi)始振蕩時(shí)的K值；為振蕩頻率。然而，該設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有考慮任何特性要求。但是Ziegler與Nichols發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)方法給予過(guò)程控制器提供了好的工作性能。工程師們的多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，這種設(shè)計(jì)方法的確是一種好的方法。學(xué)習(xí)參考資料分享WORD格式整理根據(jù)給定傳遞函數(shù)用SIMULINK搭建結(jié)構(gòu)圖如下：起振時(shí)=391，如圖：根據(jù)公式計(jì)算、、分別為234.6、276、49.8525此時(shí)對(duì)于常數(shù)3的響應(yīng)曲線如圖：學(xué)習(xí)參考資料分享WORD格式整理可見(jiàn)，此時(shí)系統(tǒng)振蕩，不穩(wěn)定，繼續(xù)等比例調(diào)節(jié)參數(shù)得新參數(shù)65、77、14，得響應(yīng)曲線：可見(jiàn)此時(shí)系統(tǒng)響

4、應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而且存在比較大的靜態(tài)誤差，為了減小響應(yīng)時(shí)間應(yīng)增大，為了減小靜態(tài)誤差應(yīng)增大，同時(shí)調(diào)節(jié)過(guò)程中會(huì)因參數(shù)變動(dòng)產(chǎn)生超調(diào)量，綜合以上幾點(diǎn)性能決定確定參數(shù)為120、300、14。此時(shí)跟蹤常數(shù)、斜坡、正弦、階越信號(hào)圖形分別如下：學(xué)習(xí)參考資料分享WORD格式整理學(xué)習(xí)參考資料分享WORD格式整理由以上幾個(gè)響應(yīng)曲線可以看出，經(jīng)典PID對(duì)于超調(diào)量、響應(yīng)時(shí)間、靜態(tài)誤差很難同時(shí)達(dá)到讓人滿(mǎn)意的程度，尤其是對(duì)于階越信號(hào)的響應(yīng)存在較大的振蕩。三、模糊PID設(shè)計(jì)模糊自整定PID屬于一種智能PID控制，它的主要特點(diǎn)是根據(jù)誤差和誤差的變化來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，首先將操作人

5、員或?qū)＜业恼{(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)作為知識(shí)庫(kù)，然后運(yùn)用模糊控制理論的基本方法把知識(shí)庫(kù)轉(zhuǎn)化為模糊推理機(jī)制，利用模糊規(guī)則在線實(shí)時(shí)地對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行修改，以滿(mǎn)足不同時(shí)刻的和對(duì)PID參數(shù)自整定的要求。其控制結(jié)構(gòu)圖如下：通過(guò)查閱各種參考文獻(xiàn)，建立合適的模糊控制規(guī)則表得到三個(gè)修正參數(shù)的模糊規(guī)則表：學(xué)習(xí)參考資料分享WORD格式整理（1）Kp的修正規(guī)則表eckpeNBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNMNMNMN

6、BPBZOZONMNMNMNBNB（2）Ki的修正規(guī)則表eckieNBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNMNMNSZOZONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSPMPBPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPB學(xué)習(xí)參考資料分享WORD格式整理（3）Kd的修正規(guī)則表eckdeNBNMNSZOPSPMPBNBPSNSNBNBNBNMPSNMPSNSNBNMNMNSZONSZONSNMNMNSNSZOZOZONSPSNSNSNSNSZOPSZOZ

7、OZOZOZOZOZOPMPBNSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMPSPSPB將系統(tǒng)誤差誤差和誤差的變化范圍定義為模糊集上的論域[-12，12]，分成7個(gè)等級(jí)，其模糊化后的子集為分別表示為負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大。設(shè)和服從正態(tài)分布，用適當(dāng)?shù)碾`屬度函數(shù)表示，如下圖：誤差的隸屬度函數(shù)學(xué)習(xí)參考資料分享WORD格式整理誤差變化率的隸屬度函數(shù)相類(lèi)似的，可以將修正值模糊化，也分成7個(gè)等級(jí)，其隸屬度函數(shù)如下：Kp的隸屬度函數(shù)學(xué)習(xí)參考資料分享WORD格式整理Ki的隸屬度函數(shù)Kd的隸屬度函數(shù)學(xué)習(xí)參考資料分享WORD格式整理對(duì)與PID的三個(gè)參數(shù)

8、，自整定的PID參數(shù)計(jì)算公式如下：式中，Kp0,Ki0和Kd0為給定的初值，一般與經(jīng)典PID的整定參數(shù)相似，然后根據(jù)修正規(guī)則表，經(jīng)過(guò)模糊