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一种模糊变参数控制方法（2）2004年9月 3 Fuzzy-PID控制[4] PID控制是最早发展起来的应用经典控制理论的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于建立精确数学模型的确定性控制系统。而实际工业控制过程中经常会遇到大滞后、时变、非线性的复杂系统，其中，有的参数未知或缓慢变化，有的存在滞后和随机干扰，有的无法获得精确数学模型等，应用常规PID控制不能达到理想的控制效果。另外系统的模拟PID控制算法呆板，整定不便，性能欠佳，对运行工况的适应性较差等，单纯采用PID控制往往不到满意的结果。模糊控制与控制理论有机地结合起来，可构造一类新型的智能控制系统，即Fuzzy-PID复合型控制系统。模糊控制与PID控制器两者结合起来后能扬长避短，既具有模糊控制灵活而适应性强的优点，又具有PID控制精确度高的特点。因此模糊控制并不是代替，而是拓展了传统的控制。 3.1 系统分析和控制策略 一般来说，PI控制对偏差较大时有效，而PD控制对偏差较小时有效[5]，因此采用图2所示的控制策略，当偏差比较大的时候，希望系统调节参数中对控制上升时间占优的参数处于主导地位；当偏差比较小的时候，调节超调量的控制参数占有优势。但是在一般的PID当中，PID参数不可能变化，根据已经掌握的PID控制规律，给出不同情况下的控制参数方案，这正是模糊控制的优势。图2可以分为3个阶段，其控制律如下： 图2 一般阶跃响应曲线 ①当输出响应开始处于曲线的第Ⅰ阶段时， ② 在响应曲线的第Ⅱ阶段， ③ 第Ⅲ阶段， 3.2 仿真结果和讨论 以Matlab6.1中的Simulink工具箱进行了仿真[6]。所建模型如图3所示，仿真结果如表1所示。在普通PID控制中，本文分别以上升时间以及超调量为满足条件得出仿真曲线，序号1为满足上升时间的条件下得到的参数，得到曲线表明超调量为16％，调整时间为4.4s，上升时间为0.86s。同样，在侧重超调量时（序号2），上升时间为1.4s，超调量为0，调整时间为1.4s。以图3的模型进行仿真，可以保持上升时间基本不变（0.87s），而超调量也减少很大（6％），调整时间也减少到1.2s（序号3）。 表1 性能参数比较图
将上述方法应用于轧机，有效地提高了控制过程开始和终了地控制效果并提高了带材的成材率。 图3 Fuzzy-PID模型图 由此，模糊控制与传统的PID控制相结合具有广泛的实用性。本文仅以Fuzzy-PID控制为例作了一些粗浅的研究。除此之外，关于Fuzzy－PID控制的应用方式还有：模糊自适应PID控制器、设定值迁移模糊PID控制器、模糊自适应PID控制器等。这种新型控制器已引起人们的普遍关注和极大兴趣，并已得到较为广泛的应用。随着模糊控制技术应用，还会出现各种各样的复合方式，以对实际过程进行有效的控制。事实上，目前有关模糊控制的理论还是不完整的，仅是极小一部分的模糊逻辑应用于模糊控制上。在模糊控制理论和应用方面，还有不少问题有待人们去深入研究，特别是关于模糊控制器的稳定性、模糊聚类方法以及自建模问题。 |
较大，为了加快系统的相应速度，并防止因开始时 
的瞬间变大可能会引起的微风溢出，应取较大的KP和较小的KD。另外为防止积分饱和，避免系统响应出现较大的超调，此时应去掉积分作用，取KI＝0。
值中等大小，为了使系统响应的超调量减小和保证一定的响应速度，应取较小的KI，KP和KD的数值大小要适中。
较小，为了使系统具有良好的稳定性能，应增大KP和KI的数值。同时为避免输出响应在设定值附近的振荡，并考虑系统的抗干扰性能，应适当地选取KD，其原则是：当
值较大时，KD取大一些；当 
值较大时，KD取较小地数值，通常KD为中等大小。
超调量 
调整时间 
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