三容水箱的模糊自整定PID控制

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第23卷第1期電力科學(xué)與工程VO1．23．No．12007年3月ElectricPowerScienceandEngineeringMar¨0o7三容水箱的模糊自整定PID控制趙科(大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院，遼寧大連116028)摘要：針對常規(guī)PID對非線性、時延對象控制參數(shù)難以整定的問題，根據(jù)偏差和偏差變化率來實時調(diào)整PID參數(shù)，設(shè)計了基于模糊控制原理的PID參數(shù)自整定控制器。仿真結(jié)果表明，模糊自整定PID控制器比常規(guī)PID控制器有更好的控制效果，大大

2、改善了系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能。關(guān)鍵詞：三容水箱；模糊控制；模糊自整定PID中圖分類號：TP273文獻標識碼：A三容水箱是較為典型的非線性、時延對象。態(tài)物料平衡關(guān)系口，被控參數(shù)h，的動態(tài)方程可由常規(guī)PID控制器對于工業(yè)過程中的非線性、時延下面幾個關(guān)系式導(dǎo)出：對象，不具有在線整定參數(shù)的能力。本文將模糊控gj—g1=CIdhl—制理論和常規(guī)PID控制結(jié)合起來，設(shè)計了一種模Qf糊自整定PID控制器。這種控制器以偏差和偏差ql=／1(h。)g·一gzC2dh2變化率作為輸入，利用基于模糊控制規(guī)則的模糊推一Qf(1

3、)理對PID參數(shù)進行在線修改，以改善控制效果。q2(hz)g2一=C3dh31三容水箱的數(shù)學(xué)模型一Qf三容水箱液位對象的模型如圖1所示，根據(jù)動所．．以狀態(tài)方程為1(一7Cl=”。)1CldII(¨一(+q(2)0【h，J01(一南(式中G，和G分別為3個水箱的液容；／1。)，(h)和／1(h，)分別由所設(shè)置阻力板流量特性／=叼決定。對于線性阻力板，理想流量q=B~／2gAh圖1三容水箱液位對象實驗測得流量系數(shù)a=O．6。收稿日期：2006-08-01．作者簡介：趙科(1978一)，男，大連交通大學(xué)電氣

4、信息學(xué)院碩士研究生，助教維普資訊http://www.cqvip.com電力科學(xué)與工程2007笠對于非線性阻力板，理想流量實驗測得流量系數(shù)一寺】0h10[_輔音·0)寺·叫10h60j一砷爭尋咖_10){·一6o)6叫60h70[_寺l0)10一60舯60){70警7叫7100f0．9060(1)當(dāng)偏差較大時，為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速口1—0．005(h一60)+0．960

5、PID控制器的設(shè)計(2)當(dāng)偏差處于中等大小時，為使系統(tǒng)響應(yīng)具有較小的超調(diào)，應(yīng)取得小些，取值要適當(dāng)。這2．1控制器結(jié)構(gòu)時的取值對系統(tǒng)影響較大，要大小適中，以保常規(guī)PID只能利用一組固定參數(shù)進行控制，這證系統(tǒng)的響應(yīng)速度。些參數(shù)不能兼顧系統(tǒng)動態(tài)性能和靜態(tài)性能。模糊自(3)當(dāng)偏差較小即接近設(shè)定值時，為了避免出整定PID控制器在常規(guī)PID控制器的基礎(chǔ)上以偏現(xiàn)振蕩，增強系統(tǒng)的抗干擾性能，應(yīng)增加并減差e和偏差變化率ec作為輸入，采用模糊推理方小的取值。當(dāng)偏差變化量較小時，可取值大法以修正參數(shù)△，△和△為輸出，以滿足

6、不同些；當(dāng)偏差變化量較大時，應(yīng)取值小些。時刻偏差e和偏差變化率ec對PID參數(shù)自調(diào)整的2．3輸入輸出變量要求，控制器結(jié)構(gòu)如圖2所示。模糊控制器輸入變量偏差e和偏差變化率ec；模糊自整定PID控制器模糊論域為[-6，6】，e和ec語言值的模糊子集均為{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大)，并簡記為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其隸屬度函數(shù)均為正態(tài)型。為了得到較好的穩(wěn)態(tài)性能，對輸入變量e語言值的模糊子集進行不規(guī)則劃表1模糊規(guī)則表EC圖2模糊自整定PID控制系統(tǒng)—————兩—NBPB／N

7、BBPB／NBPBfNMIBPB／NMlPID控制器的參數(shù)，和由式(3)計算NMPB肥／PSPB／NBiSPMlBPS／NSIKp=Kp0+△NSIS／z0NS／z0／PSPM／PS／PBPM，z0／PB{=。+△(3)Z0ZO，ZO，z0Z0／ZQ，Z0ZO，Z0／PSZO，z0／PSI=。+△PSNS／NM／Z0Z0／NS／z0PB／PS／PBPS／PS／PMPMPMfS／PSPM，ZO伊SPM，Z0／PSPS／PS／PS式中，。和為預(yù)整定值。PBPB／NM／NMPBI／NBPB／NB／z0PB／

8、NB／Z02．2參數(shù)自整定原則ECPID參數(shù)模糊自整定找出PID的3個參數(shù)與e，——而——和ec之間的模糊關(guān)系，在運行中通過不斷檢測eNBPB／NSPB／NSMPB，zO，Z0NMPS／NS／NMZ0／ZO／NSNS／zO／Z0和ec，根據(jù)模糊控制原理對3個參數(shù)進行在線修NSPM／PS／PSNS／PS／NSNS／PS／Z0改，以滿足不同要求，而使被控對象有良好的動、Z0Z0／PS／PSZO，zO，z0ZO，zO，z0靜態(tài)性能p。根據(jù)參數(shù)，和的作用，在不P