模糊PID控制器的控制性能研究及提升

模糊PID控制器的控制性能研究及提升

吕焱廷

阳西海滨电力发展有限公司广东阳江529800

摘要：将模糊控制器和PID控制器结合，分析模糊PID控制器的控制原理，对模糊PID控制器的性能进行探究，再利用模糊规则以及模糊推理和解模糊的方法和数学分析的形式，实时对PID参数进行优化，讨论优化后的控制器有何应用。将仿真优化方法应用于模糊PID控制器，使控制器的性能得以提升。并针对模糊PID控制器待解决的一系列问题进行深度探究，改善控制器加载系统的动态响应，提高控制器整体控制效果，将控制器应用在更广阔的领域。

关键词：模糊PID控制器控制性能研究控制性能提升方法

前言：现代控制系统提高了控制精度的要求，系统要求也越来越复杂，用传统的PID控制方法已满足不了控制精度的要求，把PID控制和模糊控制结合起来，构成模糊PID控制，不仅能够克服以上问题，且效率高算法简单。旧式的PID参数不能表达参数变化，不能达到预想的控制效果，采用模糊推理的方法实现的PID参数,是目前较为先进的一种控制系统，控制精度得到大幅度提升。

1.模糊PID控制器目前性能探究

1.1模糊PID控制器的应用

模糊PID控制器应用在生产生活的许多方面，并且在智能生活逐渐走上生活舞台的时代，控制器这一中心控制系统将越来越受重视。智能控制中应用最广泛的的方法之一就是模糊PID控制器方法，根据模糊推理规则对PID参数实行在线修正。在电线的实际生产过程中应用模糊PID控制器，在节省原材料的同时,提高产品质量和生产效益，而且模糊PID控制器可以有效地提高系统在非线性区域的动态特性，运用模糊控制规则进行推理即可获得合适的控制量。在穿梭车控制系统中应用模糊PID控制器，具有较强的鲁棒性，利用模糊逻辑对PID控制器进行在线自调整。

1.2模糊PID控制器可持续发展优点探究

模糊PID控制器原理可广泛应用于教学，只有抓住教育，才能培养出更多未来在研究事业的人才，然而对于学生来说，没有确定的试验场地和资金来得到实验数据和仿真结果，是阻碍研究最现实的因素，但若在网络运行的仿真运行环境，就可以方便的调整系统，既减少了研究经费开支，且大量直观的仿真结果，有利于激发学生对模糊PID控制器的学习兴趣。模糊PID控制器的线径系统具有更出色的抗干扰能力，在系统运行期间，若系统的自适应能力差而导致实验数据受外来因素影响，极可能引发危险。若使用自整定模糊控制器，使得系统具有了更强的自适应能力，就能够在外来扰动进人时及时对线径系统中的受影响环节进行矫正。自适应模糊PID控制使控制器具有较好的自适应性，对控制器参数实行在线矫正自动调整方法，可以在实验过程中，自动调节，避免影响整个实验过程进展。

1.3模糊PID控制器待解决缺陷

参数难于整定，动态特性不理想，非线性系统控制效果不佳是PID控制关键问题，但对控制器操作效果要求需求又越来越高，改善控制器现存缺点，提升控制器整体性能，是当前最重要的。以模糊规则以及模糊推理和解模糊为基础的仿真优化线径控制系统虽然在现今实验室中利用率极高，但仍存在着控制效果大滞后、参数曲线非线性的缺点。模糊PID控制系统运用模糊数学的基本理论方法和计算机根据计算系统的实际响应情况后，选择合适的PID初始参数，才能有效缩短实验过渡过程时间，保证了操作系统的稳定性，可见，模糊PID控制器对操作系统和操作工具的要求还是十分高的，任何环节有差错，都得不到最终正确的实验结果。经研究发现，利用Cohen-Coon整定公式来获取PID控制器的最佳初始参数,并利用Smith预估器对实验中纯滞后对象的有效补偿,才能在实践中获得预期想要的控制效果。

2.以模糊规则以及模糊推理和解模糊为基础的仿真优化

2.1如何使用仿真优化

实现参数自整定模糊的仿真优化，首先要根据相关模块构建仿真系统，根据设计需要自行封装模块实现变量的模糊处理，在相应的对话框中建立相关参数，参数自整定控制器开始运行时要先设定有初始参数，选择阶跃型信号作为给定值运行后，建立相应的参数文件夹，将数据存储与文件夹。运用参数系统进行仿真是还是非常方便的，基本概念就是在理想的仿真环境下构建系统模糊控制，构建系统模糊控制的关键理念是对模糊控制器的完善。仿真运行结束后结果将在示波器上演示出来。对于仿真对象要抽象成显示具体模型在现在的技术下还是比较困难的。模糊控制器仿真只研究理论的可行性，不进行详细考究。

2.2数学分析方法对优化的实时监控作用

选取不同的隶属函数导致的控制效果不同，对于隶属函数的选择，不同的模糊子集的宽度对控制效果也有很大影响。采用相同的隶属函数，自整定参数模糊连接的模糊函数关系也会有所不同。就选取何种隶属函数作为基础函数而言，就要对研究对象要求系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态误差等各方面考虑，引入比例系数k，作为加快系统的响应速度的指标，要严格控制比例系数的大小，所取比例系数的大小，会直接音响系统操作的稳定性。引入积分系数，积分系数的作用是消除系统在操作过程中必然存在的误差。引入微分系数，微分系数与系统的动态特性有关，抑制操作过程中系统偏差任何方向。模糊控制器中不同函数的选取会直接影响控制器的输出效果，究竟选取何种数学函数，要经过不断的代入式实验才能最终确定，在仿真图中可以直接观察出不同函数的可行性。

2.3优化后的控制器有何应用

优化后自整定模糊控制器的控制效果明显优于常规控制器，在其各方面控制操作上都有显著提升效果。优化后模糊PID控制器实现在计算机控制系统中的广泛应用，既能做到节省操作，同时也大幅度提高提高计算速度，将计算机行业利用效率整体提升。同时由模糊PID控制器引进数字控制器，实现了参数自整定控制器的设计。优化后模糊PID控制器新增的缓存技术广泛应用于集群系统的开发与设计中。优化后的控制器可以提升集群系统的业务处理性能，大大的减轻了开发人员负担。大量实验证明优化后的模糊PID控制器技术是高速有效的，强调了集群系统的高度的可用性。优化后的模糊PID控制器在分析线径系统结构上，也有广泛应用，优化后可以针对PID控制器初始参数，对模糊PID控制器的影响提出的一种新的设计方案，在抗干扰能力，系统整体响应速度上具有广泛的推广价值，最重要的一点革新是能够对线径系统中的滞后环节进行矫正，这方面的成就，是常规控制其无法做到的。

3.结语

对PID控制器进行非线性处理，引进参数优化，改善控制器现存缺陷，使得模糊自整定作为常规PID控制器的自调整结构，大大提高了其在实际操作系统的高效准确性。优化后模糊自整定PID控制器控制效果优于传统PID控制器，其结构简单，容易操作，具有极大广泛的应用价值。大大显示了模糊PID控制器比常规PID控制器优越性，且随着研究的不断深化，模糊PID控制器的功能必将更加强大高效。

参考文献

［1］刘金坤，先进PID控制及MATLAB仿真［M］．，电子工业出版社，2004

［2］邱晓琳，李天柁，基于MATLAB的动态模型与系统仿真工，具-Simulink3.0/4，X［M］，西安交通大学出版社