基于模糊PID控制的单相交流斩波调压系统设计
模糊PID控制原理与设计步骤
3.1 模糊PID 控制原理与设计步骤模糊PID 控制器以误差e 和误差变化率e c 作为控制器的输入量，输入量经模糊化与模糊推理之后得出模糊控制器的输出值，PID 控制器根据模糊控制的输出值对自身参数进行调节。
本文所用模糊PID 控制器的原理图如图3.1所示图3.1 自适应模糊PID 控制结构图Fig.3.1 The structure of adaptive fuzzyPID control system3.1.1 PID 控制器性能分析在PID 控制环节，离散PID 控制算法为10()()kdp k i jk k j K u k K e K Te e e T(3.1)为便于控制模型的搭建，由式(3.1)进行z 变换得PID 控制环节的传递函数为(1)()1i d pK Tz K z G z K z Tz(3.2)其中，K p 、K i 、K d 分别为比例、积分与微分系数，T 为系统采样时间。
PID 控制器参数K p ，K i ，K d 共同作用于被控系统，它们各自对系统的响应速度、超调量、稳定性及稳态精度等性能的影响分别为：比例系数K p ：使控制系统快速动作，减小系统误差。
K p 较大时，系统能快速响应，但K p 过大时会产生超调，甚至破坏系统的稳定性；K p 过小时，会减弱控制器动作幅度，调节时间增长，使系统响应变得不理想。
积分系数K i ：系统进入稳态阶段时会消除系统误差。
K i 较大时，系统稳态误差会很快变小，但在系统初始响应阶段K i 较大时，会使控制器产生积分饱和，从而破坏系统的稳定性；K i 过小时，难以消除系统的稳态误差，不能确保较高的调节精度。
微分系数K d：提高系统的动态响应性能，会在系统响应过程中对偏差的变化进行提前预测，从而抑制偏差的变化。
K d过大时，会使系统响应作用减弱，从而使调节时间增长，而且会降低系统的抗干扰性能。
PID控制参数的调节必须考虑不同时刻它们各自对系统性能的影响及相互之间的互联关系。
基于模糊PID的直流电机控制系统设计与仿真
第16期2023年8月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.16August,2023基金项目:山西大同大学研究生教育创新项目;项目编号:21CX20㊂2020年大同市科技计划项目;项目编号:2020021㊂2021年大同市农业农村局院校合作科研项目;项目编号:DT YXHZ 202104㊂作者简介:赵政宏(1998 ),男,山西忻州人,硕士研究生;研究方向:机器人设计㊂∗通信作者:乔栋(1981 ),男,山西灵丘人,硕士,教授;研究方向:智能机器人㊂基于模糊PID 的直流电机控制系统设计与仿真赵政宏1,乔㊀栋2∗,董志民1,朱守建1,赵㊀杰1,李博文1(1.山西大同大学煤炭工程学院,山西大同037009;2.山西大同大学建筑与测绘工程学院,山西大同037009)摘要:文章根据PID 调速系统的不足之处,并以此为基础设计了一种模糊双闭环调速系统㊂文章通过软件Simulink 进行仿真并验证了系统的可靠性,同时通过MATLAB 的模糊工具箱实现对模糊控制器的设计㊂通过对比分析PID 和模糊PID 调速的性能指标,模糊PID 调速系统在响应速度㊁超调大小以及应对干扰的能力方面均更胜一筹㊂关键词:模糊PID ;双闭环调速系统;MATLAB ;Simulink 中图分类号:TP273㊀㊀文献标志码:A0㊀引言㊀㊀直流电机在实际工作中,电机系统的数学模型不能很准确地表达出来,因此,传统的PID 对此实现控制的适应性很差㊂模糊控制具有鲁棒性强和适应性强的优点,并且抗干扰能力也优于传统PID 控制[1]㊂基于上述问题,本文利用模糊控制与传统控制相结合的方式,其中,模糊控制对参数的实时调整能较大程度地解决问题,提升品质的同时也能提高精度,并且更加稳定,能使直流电机工作响应速度加快,并且时间和超调也大大缩减㊂1㊀控制系统数学模型1.1㊀系统结构㊀㊀模糊控制器㊁电流反馈㊁电压反馈㊁驱动电路构成了模糊PID 直流电机控制系统,如图1所示㊂直流电动机的数学模型如下,其动态电压方程为:U d (t )=L di d (t )dt+Ri d (t )+E (1)其中,U d (t )表示电枢电压;i d (t )表示电枢电流;L ㊁E ㊁R 分别表示电枢电流㊁反电动势和回路电阻㊂T e (t )-T L (t )=GD 2375dndt(2)式中,T e (t )为电磁转矩;T L (t )设为负载转矩;GD 2设为飞轮惯量㊂因此:E =C e n (3)T e =C mi d (4)其中,C e 表示反电动势系数;C m 表示电磁转矩系数㊂图1㊀控制系统结构综上,直流电动机的电压方程和动力学方程可表示为:u d (t )-E =R i d(t )+T 1di d (t )dt éëêêùûúú(5)i d (t )-i dI (t )=T m R dEdt(6)T I =L R(7)T m =GD 2R 375C e C m(8)式中,i dI 为负载电流;T m ㊁T I 分别为电力拖动系统机电时间常数㊁电枢回路电磁时间常数㊂1.2㊀双闭环系统仿真㊀㊀反馈系统中,多环系统就是核心闭环数大于1的系统㊂本文介绍3种常见类型,其中,双闭环调速系统是最典型的代表㊂1.2.1㊀带电流变化率内环系统㊀㊀为了让电机在开关瞬间速度更快,且电流快速改变,此时需要增加电流变化率环进行调整,使之能保持最大变化率且电流变化率不会过高,这样能使电流波形更接近于理想状态,从而形成三环调速系统,即转速㊁电流和电流变化率的三者组合㊂1.2.2㊀带电压内环的三环调速系统㊀㊀与上文所述带电流变化率内环系统相同,带电压内环系统可以提高负载扰动与动态跟随性能,但是效果不好㊂而在抗电网电压扰动方面,电压环调节更快,电流环远不及电压环㊂双闭环调速系统动态结构如图2所示㊂图2㊀双闭环调速系统的动态结构1.2.3㊀双闭环调速系统㊀㊀若使用转速电流调整,则其动态跟随性能和抗扰性能都会大大改善㊂如果传递函数能在内环自动修改,则大大增加了外环的控制能力,提高系统各个方面的性能,并且可以抑制电网与电压产生的波动㊂2㊀模糊PID 控制器设计2.1㊀模糊控制原理㊀㊀模糊控制即模糊逻辑控制,主要是采用模糊理论和语言变量的方法,再通过逻辑推理来完成[2]㊂模糊控制器首先模糊化,其次进行模糊推理,最后将模糊信息变成精确量㊂模糊化主要指精确量的模糊化,将语言变量用模糊数来表示㊂模糊推理是指使用模糊规则来计算得到其中的模糊关系[3]㊂模糊控制原理如图3所示㊂图3㊀模糊控制原理㊀㊀模糊控制系统有以下特殊之处:(1)无需建立精确的数学模型,根据控制经验采用模糊语言控制规则去实现,所以在设计方面更加趋向简单化,应用方便㊂(2)现实应用中,对于控制规则的获取比较简单,即更容易对其实现语言控制㊂不仅如此,对于难以获取的动态数学模型依旧能得心应手㊂因而模糊控制系统在现代工业化生产过程当中具有很强的实用性㊂(3)独立性高,尤其在语言控制规则方面,能够利用控制规律中藕断丝连的关系设计出比普通方法更为优异的方案㊂㊀㊀(4)模糊控制主要是控制语言规则再加上实际的控制要求㊂这可以将控制过程变得更加精确化,同时提高系统的控制能力㊂(5)鲁棒性强,对于外在因素的影响,其内部波动更小,更加适合在非线性㊁时滞后系统中应用㊂2.2㊀模糊控制器的设计㊀㊀模糊控制器是直流电机调速模糊控制系统最重要的部分,也是本文的中心设计㊂控制模糊控制器的步骤为:首先模糊化输入的变量值,其次通过模糊决策,应用模糊规则推导出控制量,最后再通过解模糊将模糊量变为精确值应用到控制系统中㊂本文是双闭环控制系统,内流环使用传统PID控制器,外流环使用模糊PID实时调节,采用将转速偏差以及偏差的微分作为输入量,分别为E㊁EC㊂其中,最重要的就是模糊推理部分,主要分为3个步骤:模糊化㊁模糊的逻辑推理㊁精准结果㊂(1)模糊化㊂输入的数字变量变成模糊集后通过隶属度函数进行实现㊂对任意的输入量,大于0的隶属度函数模糊集不能少于1个,这样做的好处就是任何输入量都有唯一的模糊集㊂(2)模糊的逻辑推理㊂首先进行模糊判断,其次利用模糊语言规则,最终得到结果㊂(3)精准结果㊂通过精确化计算,利用模糊推理得到同类元素㊂但是在现实中,需要将得到的模糊输入量转换成精确值才能实现驱动㊂得到精确值的过程即为反模糊化㊂直流电机模糊控制调速系统的设计步骤如下:(1)依据现实需要,明确结构㊂(2)明确输入和输出变量的模糊集和论域及其隶属度㊂(3)明确控制的规则㊂(4)明确模糊的关系及矩阵㊂3 直流调速模糊控制系统仿真3.1㊀仿真模型的建立㊀㊀直流电机系统将电压U㊁电枢电流i及电机的转速ω作为状态变量,可以得知其状态空间方程为:I dd id t=-iR-Kbω+U(9) J dωdt=Kmi-K fω-T d(10)利用MATLAB中的Simulink模块建立直流电机模型,如图4所示㊂图4㊀直流电机模型㊀㊀直流电机模型参数为:K f=0.2kg㊃m2/s,L=0.5H, J=1.2kg㊃m2,K m=K b=0.2N㊃m/A,R=2.0Ω㊂3.2㊀模糊控制器的设计㊀㊀传统PID的控制精度主要取决于3个参数:比例㊁积分㊁微分㊂其中,比例控制为加快系统响应,但是如果比例系数过大会造成系统不稳定㊂积分控制为消除误差,使得系统趋于稳定㊂微分控制的作用为超前调节㊂模糊PID则是通过模糊规则得出这3个参数,利用传感器获取当前值与期望值的偏差e以及偏差变化率ec,并将其作为输入量,输入模糊控制系统,再根据实际情况对这3个参数进行修正,使得控制系统的各项性能得以提高㊂模糊控制器的结构如图5所示㊂将误差e及误差变化率ec作为输入变量,输入模糊控制器进行模糊化㊂然后系统根据误差及误差变化率实时动态地调整PID的3个控制参数,做到紧密控制,这与传统PID只有固定的3个参数有本质的不同㊂通过大量调试,本文得到如表1 3所示的3个模糊规则表㊂图5㊀模糊控制器的结构表1㊀ΔK p的模糊规则eec NB NM NS0PS PM PB NB PB PB PM PM PS00NM PB PB PM PM PS0NS NS PM PM PM PS0NS NS 0PM PM PS0NS NM NM PS PS PS0NS NS NM NMPM PS0NS NM NM NM NB PB00NM NM NM NB NB表2㊀ΔK i的模糊规则eec NB NM NS0PS PM PB NB NB NB NM NM NS00 NM NB NB NM NS NS00 NS NB NM NS NS0PS PS 0NM NM NS0PS PM PM PS NM NS0PS PS PM PB PM00PS PS PM PB PB PB00PS PM PM PB PB表3㊀ΔK d的模糊规则eec NB NM NS0PS PMPB NBPS NS NB NB NB NM PS NM PS NS NB NM NM NS0 NS0NS NM NM NS NS0 00NS NS NS NS NS0 PS0000Z0Z00 PM PB NS PS PS PS PS PB PB PB PM PM PM PS PS PB ㊀㊀利用MATLAB软件中的模糊工具箱进行编辑㊂如图6 7所示㊂利用Simulink模块建立模糊PID控制系统如图8所示㊂图6㊀确定输入输出变量图7㊀确定规则图8㊀模糊PID 控制系统3.3㊀仿真分析㊀㊀对于模糊PID 以及传统PID 建立仿真模型如图9所示,两者的比较如图10所示㊂经过对模糊PID 与传统PID 的对比可以得出,模糊PID 更具有优势,在响应时间方面,模糊PID 比传统PID 提前3s 左右;在超调量方面,通过对比模糊㊀㊀PID 和传统PID 的波峰,得出模糊PID 相较于传统PID 有着较小的超调量;在稳定性方面,由于模糊PID 的曲线达到稳态的时间小于传统PID,说明模糊PID 的稳定性更好㊂基于这些性能的对比,可知模糊PID 的调节性能在各方面强于传统PID㊂图9㊀传统PID 与模糊PID 的Simulink 仿真图10㊀传统PID与模糊PID的比较4㊀结语㊀㊀本文将模糊控制的基本原理与直流电机双闭环调速系统组合在一起㊂通过MATLAB的Simulink模块对调速系统进行仿真验证,并且与传统PI调速方法进行比较,得出模糊PID双闭环调速系统相较于传统方式有着更为优越的性能㊂参考文献[1]高宇轩.模糊PID气动仿人柔性手指位姿控制系统设计[D].哈尔滨:哈尔滨商业大学,2021.[2]乔林,刘颖,胡畔,等.基于遗传算法与模糊PID 复合控制的电机调速研究[J].微电机,2021(7): 92-98.[3]李亿发.血管介入手术机器人主从同步控制研究[D].北京:北京邮电大学,2021.[4]罗秋华,杨敏,马竹樵,等.小型直流电机建模及其模糊PID控制分析[J].现代工业经济和信息化, 2021(5):112-113,117.[5]闫鹏,周文,胡雪凯,等.基于模糊PI的电动汽车无刷直流电机控制系统研究[J].河北电力技术,2021 (6):5-9,30.[6]刘春华,谢宗安.模糊控制调速系统性能研究[J].贵州工业大学学报(自然科学版),2002(3): 39-44.(编辑㊀王雪芬)Design and simulation of DC motor control system based on fuzzy PIDZhao Zhenghong1Qiao Dong2∗Dong Zhimin1Zhu Shoujian1Zhao Jie1Li Bowen11.College of Coal Engineering Shanxi Datong University Datong037009 China2.College of Architecture and Geomatics Engineering Shanxi Datong University Datong037009 ChinaAbstract According to the shortcomings of PID speed regulation system a fuzzy double closed-loop speed regulation system is designed.Simulink is used to simulate and verify the reliability.At the same time the fuzzy controller is designed through the fuzzy toolbox of MATLAB.Finally the performance indexes of PID and fuzzy PID speed regulation are compared and analyzed.It is concluded that the fuzzy PID speed regulation system is better in response speed overshoot and the ability to deal with interference.Key words fuzzy PID double closed loop speed regulation system MATLAB Simulink。
基于模糊PID算法的自动控制研究
基于模糊PID算法的自动控制研究基于模糊PID算法的自动控制研究摘要：随着科技的发展和工业化进程的加快，自动控制系统在许多领域里都得到了广泛应用。
传统的PID控制算法虽然具有简单、易实现等优点，但在复杂的控制环境中效果较差。
为了克服这些问题，人们提出了一种基于模糊PID算法的自动控制方法。
本文将详细介绍模糊PID算法的原理和应用，并通过实验验证了其在自动控制系统中的有效性。
关键词：PID控制算法、模糊控制、自动控制系统一、引言自动控制系统是通过对被控对象进行测量和调节，实现系统参数的自动调整，从而使系统在给定的条件下保持所要求的稳定性和性能。
PID控制算法是目前应用最广泛的自动控制算法之一，通过对系统误差的反馈调整，可以实现对被控对象的精确控制。
然而，传统的PID控制算法在一些复杂的控制环境中存在一些问题，如对系统非线性特性的适应能力差、鲁棒性较弱等。
为了提高自动控制系统的性能，人们提出了一种基于模糊PID算法的控制方法。
模糊控制是一种基于模糊逻辑原理的控制方法，它通过模糊化输入和输出，建立模糊规则库，通过模糊推理和解模糊操作，实现对系统的控制。
模糊PID算法将模糊控制和PID控制相结合，通过引入模糊控制的思想和方法，克服了传统PID控制算法的一些缺点，提高了控制系统的性能。
二、模糊PID控制算法原理模糊PID控制算法是在传统PID控制算法的基础上引入了模糊控制的思想和方法。
传统PID控制算法主要包括比例环节、积分环节和微分环节，通过对误差进行线性加权，实现对控制对象的调节。
而模糊PID控制算法将比例环节、积分环节和微分环节分别模糊化，通过模糊控制的方法来求解模糊化的输入和输出。
模糊PID控制算法的模糊化过程主要包括模糊化输入、建立模糊规则库和模糊推理三个步骤。
模糊化输入主要是将实际输入转化为模糊输入，建立模糊规则库是通过人工经验，将模糊输入和模糊输出之间的关系进行建模，模糊推理是通过将模糊化的输入和模糊规则库进行运算，得到模糊输出。
基于模糊PID控制的变频调速恒压供水系统的设计
基于模糊PID控制的变频调速恒压供水系统的设计孟宪坤（国家新闻出版广电总五五四台河南荥阳450100）摘要：针对恒压供水系统是一个非线性、时变性的过程，介绍分析了变频调速运行在供水系统中的工作原理和恒压供水的控制流程，指出了模糊控制在恒压供水系统存在的问题，提出把PID控制结合模糊控制的方法来实现变频恒压供水系统的设计，以解决恒压供水系统中存在的难以对控制对象建模且不易进行控制等复杂问题。
经过现场的运行和测试，验证了该方案的可行性。
关键词：变频调速；恒压供水；模糊控制；PID控制；PLC中图分类号：TP 273 文献标识码：BDesign of Frequency speed Constant pressure Water supply System Based on Fuzzy PID ControlXiankun-Meng(State Press and Publication Administration of Radio ,Broadcasting station554，Xingyang ,Henan 450100,China)Abstract：For constant pressure water supply system is a nonlinear, time-varying process, description and analysis of the work principle of frequency speed’s operation in the water supply system and constant water supply control process, Pointed out problems of fuzzy control in constant pressure water supply system, proposed a design that PID control with the fuzzy control method to achieve constant pressure water supply system, to solve the complex problems of difficult to establish the control object model in the constant pressure water supply system and difficult to control Etc. After field running and testing , verified the program is feasibility.Key words：Frequency speed; pressure water supply; fuzzy control; PID control;PLC1 前言水是人类生产及生活中不可缺少的重要组成部分，随着城市化进程的快速发展和新农村建设的大力推进，人类对供水的需求越来越大，原有的自来水管网的压力出现不足，大部分地区普遍存在着用水高峰期高层供不上水，高层居民经常出现用水难问题，而且相应的自动化控制技术水平也相对较低，给生活带来极大不便。
基于模糊PID控制的变频调速恒压供水控制系统设计研究
基于模糊PID控制的变频调速恒压供水控制系统设计研究作者：吴啸雄施纪伟来源：《硅谷》2014年第13期摘要规模偏大的供水系统，要安设可用的供水管网。
布设好的管网，带有复杂的特性，且涵盖偏多的弯管。
管控对象带有高阶次、耦合特性强、非线性的总状态。
在这样的态势下，很难创设可用的表达式，对解析得来的模型，予以闭环管控。
为此，接纳了模糊架构下的PID 路径，以便管控这一恒压系统。
变频调速特有的恒压供水，提升了原有的稳定性，以及可靠性。
关键词模糊PID控制；变频调速恒压供水；控制系统中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0062-02惯用的供水系统，带有非线性这一总特性。
若用水量更替，那么系统固有的运行态势，也会随之更替。
若预设了固定参数，就很难适应如上的更替，管控的质量不佳，且系统缺失应有的稳定性。
若参数更替不正常，那么接纳新颖的模糊控制，可以把惯用的PID路径，引入自动调和的范畴内。
自调整架构下的模糊控制，创设了可用的恒压供水。
这就维护好了应有的自适应，提升原有的管控实效。
1 概要的系统架构依循设定好的系统任务，整合起惯常用到的变频器，以及PLC、I/O模块（包括数字量模块与模拟量模块）。
接纳了同步切换这一管控方式，这是因为，同步态势下的切换，带有管控精度高、算法很灵活、便于调和参数等特有优势。
锁相环架构下的同步切换，衔接起了软硬件，带有最优情形下的性价比。
用水量不断更替，用水及关联的供水，带有供水压力这一范畴的偏大差别。
系统经由设定好的传感器，整合起惯用的电气控制、特有规格的水泵机组。
这样一来，就形成反馈架构下的闭环控制。
压力传感器特有的输出信号，比对预设的压力信号，带有偏低的总倾向。
衔接好的主控单元，要管控现有的变频器，选取总线通讯这一控制路径。
在这以后，就调和了泵体固有的转速，实现了可用的闭环控制。
若要调和压力，以便预设闭环调节，那么查验出来的供水压力，不能满足预设的体系要求。
开题报告(基于模糊PID的液位控制系统设计)
题目基于模糊PID的液位控制系统设计1本选题的意义及国内外发展状况1.1研究目的和意义人们生活以及工业生产经常涉及到液位和流量的控制问题，例如饮料、食品加工，居民生活用水的供应，溶液过滤，污水处理，化工生产等多种行业的生产加工过程，通常要使用蓄液池。
位需要维持合适的高度，这就需要用到液位控制系统。
不仅如此，液位控制系统也是工业过程中的一种典型控制系统，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的生产效果，如蒸馏塔中液位控制的精度可直接影响产品的质量，锅炉等高压设备中液位控制的精度则于生产安全紧密相关。
由此可见，液位控制不论对人们的生活还是工业发展皆具有非常重要的意义。
液位控制系统是一种可以模拟多种对象特性的实验装置。
常规的PID控制器在非线性时变，滞后较大的系统中鲁棒性不强，控制效果不理想。
而模糊PID 控制器既具有模糊控制灵活而适应性强的优点,又具有常规PID控制精度高的特点, 在工业控制中得到广泛的应用。
本设计以单水箱液位控制系统为研究对象，结合模糊控制和PID控制方法设计液位控制器，同时针对液位控制过程中存在的滞后现象，利用Smith预估方法进行补偿以消除滞后影响。
1.2国内外发展情况PID控制器问世至今凭借其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等优点成为工业控制的主要技术之一。
常规的PID控制器在非线性时变，滞后较大的系统中鲁棒性不强，控制效果不理想[1]。
而模糊PID控制器既具有模糊控制灵活而适应性强的优点,又具有常规PID控制精度高的特点,在工业控制中得到广泛的应用。
目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器（intelligent regulator），其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
基于LabVIEW的模糊PID温度控制系统设计
基于LabVIEW的模糊PID温度控制系统设计作者：胡荣颐简贞钊来源：《科学与财富》2018年第33期这次实训我们主要的工作是使用LabVIEW 建立一个温度控制系统。
实现系统温度的实时控制。
主要使用到的装置为一个温度控制模块，USB6008数据采集卡，PWM波输出模块和一个上位机。
主要的控制过程为通过USB6008数据采集卡采集温控箱的电压，将采集到的电压转换为温度后，分别通过传统PID控制和模糊PID控制这两种控制算法的计算，得出合适的直流控制电压，并通过直流电压与三角波相互比较的方法得出适合PWM波，实现温控箱温度的控制。
使用LabVIEW 将采集到的温度以及输出的控制电压储存到数据库中，同时还能使用LabVIEW读取数据库中的数据。
实训依托的实验设备与软件硬件：温度控制模块、USB6008数据采集卡、PWM发生电路软件：LabVIEW 2013、微软Access 2010一、引言1.1本文的主要工作这次实训我们主要的工作是建立一个温度控制系统。
实现系统温度的实时控制。
主要使用到的装置为一个温度控制模块，USB6008数据采集卡，PWM波输出模块和一个上位机。
主要的控制过程为通过USB6008数据采集卡采集温控箱的电压，将采集到的电压转换为温度后，分别通过传统PID控制和模糊PID控制这两种控制算法的计算，得出合适的直流控制电压，并通过直流电压与三角波相互比较的方法得出适合PWM波，实现温控箱温度的控制。
使用LabVIEW 将采集到的温度以及输出的控制电压储存到数据库中，同时还能使用LabVIEW读取数据库中的数据。
1.2控制器发展现状1.2.1 PID控制器自 PID 算法诞生以来，以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业应用中的首选控制策略之一，其在模型确定、线性系统中具有良好的控制效果，但在非线性、强耦合、大滞后、模型不确定的情况下则显得力不从心。
在工业技术快速发展的今天，许多的工业过程仍具有不同程度的非线性、参数时变、模糊不确定等特性。
基于PLC的模糊PID温度控制系统的应用研究【开题报告】
毕业设计开题报告电气工程与自动化基于PLC的模糊PID温度控制系统的应用研究一、选题的背景与意义随着我国国民经济的快速发展，锅炉的使用范围越来越广泛。
而锅炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量和产量。
现代锅炉的生产过程可以实现高度的机械化，这就为锅炉的自动化提供了有利条件。
锅炉自动化是提高锅炉安全性和经济性的重要措施。
目前，锅炉的自动化主要包括自动检测、自动调节、程序控制、自动保护和控制计算五个方面。
实现锅炉自动化能够提高锅炉运行的安全性、经济性和劳动生产率，改善劳动条件，减少运行人员。
锅炉是工业企业重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽或热水，以满足负荷的需要。
锅炉设备是一个复杂的控制对象，燃气燃油锅炉主要输入变量包括负荷、给水、燃料量、送风和引风量等，主要调节变量包括水位、温度及压力、烟气氧量和炉膛负压等；电加热锅炉主要输入变量包括负荷、锅炉给水和电阻丝电压等，主要调节变量包括水位和温度等。
锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制。
锅炉系统是一个具有时变和时滞的比较复杂的系统，因此，对锅炉温度进行控制是工业过程控制中一个重要而且困难的问题。
在生产过程控制中，一些复杂环节，往往需要进行串级控制。
即把两个控制器串联起来，第一个控制器的设定值是控制目标，它的输出传给第二个控制器，作为它的设定值，第二个控制器的输出作为串级控制系统的输出，送到被控系统，作为它的控制“动作”。
控制系统的这种串级形式对于复杂对象的控制往往比单回路控制的效果更好。
串级控制对克服被控系统的时滞之所以能收到好的效果，是因为当用两个控制器进行串级控制时,每个控制器克服时滞的负担相对减小,这就使得整个控制系统克服时滞的能力得到加强。
在锅炉自动控制系统中，除了应用基于反馈控制原理而设计的各种调节器系统以外，计算机技术的应用也越来越普及。
由于PLC具有高可靠性、易于实现等优点，在工业控制领域中得到了广泛的应用。
基于模糊PID控制器的控制方法研究
基于模糊PID控制器的控制方法研究一、本文概述随着科技的进步和工业的快速发展，控制系统的精确性和稳定性成为了诸多领域，如自动化、机器人技术、航空航天等的关键需求。
PID （比例-积分-微分）控制器作为经典的控制策略，已被广泛应用于各种实际工程问题中。
然而，传统的PID控制器在面对复杂、非线性和不确定性的系统时，其性能往往会受到限制。
因此，寻求一种更加灵活、适应性强的控制方法成为了当前的研究热点。
本文旨在探讨和研究基于模糊PID控制器的控制方法。
模糊PID控制器结合了传统PID控制器的优点和模糊逻辑控制的灵活性，能够在不确定和非线性环境中实现更为精准和稳定的控制。
文章首先将对模糊PID控制器的基本原理进行介绍，包括其结构、特点和工作机制。
然后，通过对比实验和仿真分析，评估模糊PID控制器在不同场景下的控制效果，并探讨其在实际应用中的潜力和挑战。
文章还将讨论模糊PID控制器的参数优化方法，以提高其控制性能和鲁棒性。
本文的研究不仅有助于深入理解模糊PID控制器的控制机理，也为相关领域提供了一种新的控制策略选择，对于推动控制理论的发展和应用具有重要的理论价值和实践意义。
二、模糊PID控制器的基本原理模糊PID控制器是一种结合了模糊逻辑与传统PID控制算法的控制方法。
它旨在通过引入模糊逻辑的优点，改善传统PID控制在处理复杂、非线性系统时的不足。
模糊化过程：将PID控制器的三个主要参数——比例系数(Kp)、积分系数(Ki)和微分系数(Kd)进行模糊化。
这通常涉及到将连续的参数值映射到一组离散的模糊集合上，如“小”“中”和“大”。
模糊推理：在模糊化之后，模糊PID控制器使用模糊逻辑规则对输入误差(e)和误差变化率(ec)进行推理。
这些规则通常基于专家知识和经验，旨在确定如何调整Kp、Ki和Kd以优化系统性能。
解模糊化：经过模糊推理后，得到的输出是模糊的。
为了将这些输出应用于实际的控制系统，需要进行解模糊化过程，即将模糊输出转换为具体的、连续的控制信号。
基于模糊PID参数自整定的温度控制系统的研究(精)
基于模糊PID参数自整定的温度控制系统的研究摘要：工业温度控制系统具有非线性、时变性和滞后性等特性，严重影响温度控制的快速性和准确性，为了解决常规PID参数调节在温度控制中适应性差，调节效果不理想的问题，这里采用了模糊PID参数自整定控制方法，用模糊控制规则对PID参数进行修改，利用Matlab的Simulink仿真工具箱做了常规PID与模糊PID的仿真对比试验。
仿真结果表明，模糊PID参数自整定控制效果在超调量和调节时间上都小于常规PID，提高系统快速性和准确性，改善了温摘要：工业温度控制系统具有非线性、时变性和滞后性等特性，严重影响温度控制的快速性和准确性，为了解决常规PID参数调节在温度控制中适应性差，调节效果不理想的问题，这里采用了模糊PID参数自整定控制方法，用模糊控制规则对PID参数进行修改，利用Matlab的Simulink仿真工具箱做了常规PID与模糊PID的仿真对比试验。
仿真结果表明，模糊PID参数自整定控制效果在超调量和调节时间上都小于常规PID，提高系统快速性和准确性，改善了温度系统动态性能。
关键词：温度控制；Matlab仿真；模糊规则；PID在工业生产过程中温度是重要的控制参数之一，对温度的有效控制对于保证生产质量具有重大的现实意义和理论价值。
工业温度控制系统具有非线性、时变性和滞后性等特性，而常规PID控制器参数往往整定不良，性能欠佳，对运行的工作情况适应性差，导致常规PID控制不能使温度控制达到理想效果。
为了改善常规PID控制效果，增强系统的适应性，实现PID参数自整定，本文设计出一种PID参数自整定的模糊控制器。
利用模糊逻辑对PID控制器参数进行调整实现控制效果最优，将温度作为控制对象，并利用Matlab的Simulink工具箱实现仿真对比分析常规PID与模糊PID的曲线，最后应用到实际的温度控制系统中，对比分析常规PID与模糊PID的控制效果。
1 PID控制算法的相关介绍1．1 PID控制算法PID控制器因为结构简单、容易实现，并且具有较强的鲁棒性，因而被广泛应用于各种工业过程控制中。
基于LabVIEW的模糊PID控制系统_何春华
仪表技术
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基于 LabV IEW 的模糊 PID 控制系统
何春华, 蔡志岗 ( 中山大学 光电材料与技术国家重点实验室, 广东 广州 510275)
摘要: 为了实现直流电机 快速可靠的定速控 制, 针对 模糊 和 P ID 算法 的优缺 点, 设计 了基于 LabV IEW 平台 实现 的二维 模糊 P ID 控制器, 硬件方面应用 ATmega16单片机和 ST135光电门来精确测量转速和驱动电机转动。实验结果表明, 基于 L abV IEW 灵活 的在线编程与控制, 使模糊与 P ID 算法切换结合应用, 系统得到很好的控制精度, 并有较强的鲁棒性。
D uk = uk - uk- 1
=K p
ek -
ek - 1 +
T Ti
ek
+
Td
ek
-
2ek- 1 + T
ek- 2
= A ek + B ek - 1 + C ek- 2
其中: A = K p
1+ T + Td Ti T
= K p + K i + K d;
B=
- K p ( 1+
2T d ) = T
作者简介: 何春华 ( 1988) ), 男, 本科在读, 主要从事虚拟仪器、自动控制及微电子方面的研究; 蔡志岗 ( 1962) ), 男, 博士, 教授。
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仪 表 技术
2010年第 7期
机和 ST 135光电门来精确测量转速和驱动电机转动。 ATm ega16单片机的主要功能有:
1) 用定时计数器 TC1捕捉中断, 测量电机转速。 2) 与 LabV IEW 通信收发测量和控制数据。 3) 用定时计数器 TC1产生并改变 10位 PWM 波 的占空比来控制直流电机的定速转动。 带缝隙的电机转轮通过 ST 135光电传感器可以产 生高低电平供给单片机捕捉中断测速; L 298N 可以放 大单片机的控制信号以驱动电机转动。
斩控式单相交流调压电路设计综述
湖南工程学院应用技术学院课程设计任务书课程名称：电力电子技术题目：斩控式单相交流调压电源设计专业班级：电气118学生姓名：学号:指导老师：刘星平蔡斌军李祥来等审批：谢卫才任务书下达日期2014年5 月12日设计完成日期2014年5月23 日目录第1章概述 (1)1.1 交流调压在生活中的应用 (1)1.2 关于单向调压器 (1)1.3 关于本课题 (2)第２章设计总体思路 (3)2.1 系统总体方案确定 (3)2.2 交流斩波调压的基本原理 (7)第3章主电路设计与分析 (8)3.1 主要技术条件及要求 (8)3.2 开关器件的选择 (8)3.3 主电路计算及元器件参数选型 (8)3.4 主电路结构设计及分析 (9)第4章主控制芯片的详细说明 (10)4.1 芯片的选择 (10)4.1 芯片的详细介绍 (10)4.1芯片的工作原理 (11)第5章实验调试 (13)第6章总结与体验 (19)附录A 参考文件及评分表第1章概述1.1交流调压在生活中的应用交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。
在电力系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。
此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常用交流高压电路调节变压器一次电压。
因此交流调压电路广泛存在于农村、轻工业、家用电器等小功率传动领域以及电力机车供电系统。
1.2关于单相调压器对于单相交流电源，调压和稳压是最为普遍的要求。
目前能够实现这一要求的调压器有下面三种：磁饱和式调压器该调压器通过控制主电路中电感的饱和程度，以改变电抗值以及其上的电压，实现对输出电压的调节。
这种调压器具有一定的动态性能，但输出电压的调节范围小，体积和重量较大。
机械式调压器机械式调压器由电动机带动碳刷实现输出电压的调节。
这种调压器输出波形较好，但体积、重量大，动态性能差。
电子式调压器这种调压器采用电力电子器件实现。
目前有晶闸管调压器和逆变式调压器两种。
基于模糊PID复合控制交流伺服系统的研究
基于模糊PID复合控制交流伺服系统的研究传统的pid控制方法虽然能使系统获得良好的稳态精度，但系统的快速性和抗干扰能力及对系统参数摄动的鲁棒性都不够理想.传统的pid控制的交流伺服系统，整定pid参数时，很难做到动稳态性能都好。
只能兼顾动稳态，综合考虑，或有所侧重。
如果要求动态、稳态、抗扰性能都好就更难了。
模糊控制的交流伺服系统具有很大的灵活性，提供了一种提高交流伺服系统的跟随和抗扰性能的好方法，有力地提高了系统的鲁棒性。
但是，在模糊控制器的规则库中，全部规则是依据模糊专家知识所建立的，尽管很好，但也是过去经验的总结。
如果环境、对象出现了过去没遇过的情况，则知识库（数据库和规则库）显得呆板，而表现出不适应新情况的弊端。
传统控制理论经过几十年的发展和实践的检验，已经是一个较完善的理论体系。
但是它需要建立对象的数学模型。
当对象的数学模型具有不确定性时，给设计带来很大困难，或者是无法设计。
即当被控对象的模型具有不确定性、非线性，系统运行的状态和环境在较大范围内变化，系统的动静态指标要求较高，系统要达到的目标不止一个且具有复杂性，这种情况下应该采用智能控制，而传统的控制理论设计方法在这里不能胜任。
但是只用单一的智能控制方法也不会使系统具有完善的功能和期望的性能。
为了使系统具有更完善的功能和更理想的性能，应采用智能控制理论的定性推理控制策略与传统控制理论的定量计算控制策略的结合。
为此，把现代控制理论应用于伺服系统是为了使系统具备更强的鲁棒性和更为优良的动、静态性能.近年来，优良的复合控制在交流伺服系统中的应用展示了其良好的前景.将模糊控制技术和传统的pid控制相结合，能够有效地解决模糊控制存在稳态误差的缺陷.目前较为广泛的是模糊控制与pid控制的串联或者模糊控制与pid控制相并联.但是参数固定的pid控制又一定程度上给系统带来了动态与稳态之间的矛盾，模糊控制的优势没有得到完全体现.本文提出的模糊自校正控制器使pid调节器参数跟随系统误差变化而动态变化，从而具备了模糊控制较强鲁棒性和pid控制削弱稳态误差的功能.模糊pid控制器的构成与工作模糊pid控制器的构成将模糊逻辑控制器与pid控制器结合起来.模糊逻辑控制器动态性能、抗扰性能高，pid控制器稳态精度高，取两者的优点构成模糊（flcr）、pid复合控制的交流伺服系统（如图所示）。
基于模糊PID控制的变频调速恒压供水系统
基于模糊PID控制的变频调速恒压供水系统唐莎【摘要】This paper introduces the control constant pressure water supply a method of combination of fuzzy control and PID, the use of fuzzy control in the pressure fluctuations, to accelerate the response speed, using PID in the pressure range is small to maintain static accuracy.%介绍一种模糊控制和PID相结合的方法控制恒压供水，在压力波动较大时使用模糊控制，以加快响应速度，在压力范围较小时采用PID来保持静态精度。
【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】3页(P98-100)【关键词】流量;压力;Fuzzy控制;PID控制【作者】唐莎【作者单位】清远市技师学院，广东清远 511517【正文语种】中文【中图分类】TP29DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2015.01.027近年来，基于PID和PLC的变频调速恒压供水技术得到广泛应用，被认为是一种理想的供水方式，但恒压供水系统的特点是非线性、大惯性，仅使用基于PID控制的变频调速供水时，存在不同程度的超调或震荡现象，基于此本文提出了一种基于模糊控制和PID相结合的方法。
恒压供水系统最根本的控制对象是流量，在实际生活中，不同季节、不同时间用水流量是变化的，难以具体测量，考虑到在动态情况下，管道中水压的大小与供水能力（由供水流量Qc表示）和用水需求（由用水流量Qu表示）之间的平衡情况有关。
若供水能力Qc>用水需求Qu，则压力上升；若供水能力Qc<用水需求Qu，则压力下降；若供水能力Qc=用水需求Qu，则压力不变。
单周控制的单相交流斩波调压电路
单周控制的单相交流斩波调压电路时间：2009-07-02 14:14:44 来源：《电源世界》作者：1 引言传统上，交流电压变换是通过变压器的电磁感应实现的。
当变压器输入电压发生变化，其输出电压也要相应变化，有些电气设备还需要利用交流稳压器稳压，在某些场合，负载电压还要求能调节，这时宜用如自耦变压器之类的可调变压器。
这些是大众常用的方法。
但是随着现代社会的发展，地球资源的逐渐枯竭，为了实现人类社会的可持续发展，传统的采用大量铜、铁等贵金属的变压器将逐渐退出历史舞台，而由电力电子元件组成可调压AC/AC变换器来代替，本文正是从这方面来进行探讨。
过去曾经用双向晶闸管的相控方法，来做恒频下的降压调节，由于晶闸管是半控元件，这样的调节会造成很大的电压畸变，产生谐波、消耗无功功率和功率因数变差，所以仅在一些功率较小的装置上采用。
随着功率半导体技术的发展，功率半导体器件广泛应用于AC/AC变换器，主要有AC/DC/AC变换器、矩阵变换器、高频链AC/AC变换器和基于DC/DC拓扑的直接AC/AC 变换器。
AC/DC/AC变换器适用于同时需要变频、变压的场合，变换级数及所用元件多，而且其整流滤波环节对电网污染严重；矩阵变换器可实现高输入功率因数，但由于其开关数量多导致成本增高，同时它的控制策略也很复杂；高频交流环节AC/AC变换器也存在着成本高，控制复杂等问题。
为实现AC/AC电压变换，近年来人们己广泛利用全控型电力电子开关进行斩波（PWM）控制來实现[1，2]。
本文将对单相交流电压，通过单周控制实现AC/AC直接变换的斩控式调压进行研究，并且力图用的开关数量少，结构简单。
本文主要研究了在Buck电路上的AC/AC变换，它有调压功能，但调压范围是低于输入电压。
由于采用单周控制，它的动态性能好、在负荷变化时有一定的稳压能力。
所以说它兼有变压、调压、稳压的功能，应该指出该电路的滤波部分仍需用到电感器和电器，亦即仍需消耗部分金属资源，但由于斩波频率远远高于工频，体积、重量都不大。
基于参数自调整模糊PID算法的前馈共轨压力控制
宋国民 1, 2 黄茂杨 3 季晓华 2 陆召振 2
(1 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室 ,北京 100084) (2 第一汽车集团无锡油泵油嘴研究所 ,无锡 214063) (3 东南大学仪器科学与工程系 ,南京 210096)
摘要 : 阐述了电控共轨燃油喷射系统结构及压力调节基本原理 , 针对压力控制传统 P ID 算法的 不足 ,引入参数自调整模糊 P ID 算法 ,通过 M a tlab仿真确定了不同误差输入时的参数调整规律. 为提高压力控制动态响应 ,设计了前馈参数自调整模糊 P ID 算法 , 并通过试验确定了前馈量与 相关影响因素的定量关系 ,最后进行了系统对比试验. 结果表明 , 该算法在工况过渡时的性能优 于常规 P ID 控制 ,压力控制超调量及稳态误差精度得到明显改善 , 从而为电控共轨系统精确喷 油计量和控制奠定了基础. 关键词 : 共轨 ; 模糊 P ID; 参数自调整 ; 前馈 中图分类号 : TK421 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 0505 ( 2005) 0320465204
近年来国际上对环保问题的日益关注促进了清洁柴油机研究与开发在降低排放的各项先进技术中高压共轨燃油喷射技术可有效减少碳烟与颗粒排放在改善直喷式柴油机燃烧方面具有独特优势实现了燃油计量和喷射的完全分离并具有灵活的多段喷射和无需改变发动机基本结构等优势因此成为电控柴油机发展热点之一对于共轨燃油喷射系统共轨压力不仅决定了喷射压力高低也是喷油计量的重要参数其稳定性及过渡响应直接影响发动机起动怠速加速等动力性能其中喷油量主要受喷射压力及脉宽影响因此为进行喷油精确计量压力控制很重要压力控制也是共轨系统的核心算法由于常规pid控制算法参数固定因此很难满足大滞后非线性发动机系统的要求
精度高 ; 但 KP 过大时 , 易造成系统超调 , 甚至不稳 定. 因此在大误差时采用大 KP 值以提高系统响应 速度 ; 当系统接近稳态区域时 , 要减小 KP 值以防