PID控制器
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（2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差 度，积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越大， 积分作用越弱，反之则越强。
（3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速 率），并能再偏差信号变得太大之前，在系统中引入 一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度， 减少调节时间。
A
6
比例控制器的作用
A
19
流程图
入口 取当前采样值
e(k)=r(k)-y(k) ec(k)=e(k)-e(k-1)
e(k-1)=e(k) e(k)、ec(k)模糊化 模糊整定detp、deti、detd 计算当前kp、ki、kd
PID控制器输出
返回 A
20
仿真
• 被控制对象为
Gpss387.5325s23150040s70
• 自适应模糊PID控制是以误差e和误差变化 ec作为输入，可以满足不同时刻的e和ec对 PID参数自整定的要求。利用模糊控制规 则在线对PID参数进行修改，便构成了自 适应模糊PID控制器。
A
11
自适应模糊PID控制器
• PID参数模糊自整定是找出PID三个参数与 e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断 检测e和ec，根据模糊控制原理来对3个参 数进行在线修改，以满足不同e和ec时对控 制参数的不同要求，而使被控制对象有良 好的动、静态性能。
特点：与e(t)存在全部时段有关，只要有足够的时间, 积分控制将能够消除稳态误差。
缺点：不能及时地克服扰动的影响。
A
8
积分控制器的作用
作用：有助于减小 超调和调整时间，改善系统的动态 品质;
特点：反应e(t) 变化的速度，在偏差刚刚出现时产生很 大的控制作用，具有超前控制作用；
缺点：不能消除系统的稳态误差。
A
12
自适应模糊PID控制器
• PID参数的整定必须考虑到在不同时刻三个参数的作用以 及相互之间的互联关系。
• 模糊自整定PID是在PID算法的基础上，通过计算当前系 统误差e和误差变化率ec，利用模糊规则进行模糊推理， 查询模糊矩阵表进行参数调整。
• 模糊控制实际的核心是总结工程设计人员的技术知识和 实际操作经验，建立合适的模糊规则表，得到针对 kp,ki,kd三个参数分别整定的模糊控制表。
PID控制
A
1
引言
• 在实际的过程控制与运动控制系统中，PID家 族占据有相当的地位，据统计，工业控制的控 制器中PID类控制占有90%以上。
• PID控制器是最早出现的控制器类型，因为其 结构简单，各个控制器参数有着明显的物理意 义，调整方便，所以这类控制器很受工程技术 人员的喜爱。
A
2
PID控制原理
• 采样时间为1ms，采用模糊PID控制进行 阶跃响应，在第300个采样时间控制器输 出1.0的干扰，相应的响应结果如图
A
21
模糊PID控制阶跃响应
A
22
模糊PID控制误差响应
A
23
控制器输出
A
24
Kp,Ki,Kd自适应调整
A
25
作用：对当前时刻的偏差信号e(t)进行放大或衰减，控 制作用的强弱取决于比例系数；
特点：Kp越大系统动态特性越好，但Kp过大y(t)可能会 引起系统振荡使稳定性变差，也有可能出现比例 饱和现象。
缺点：不能消除静态误差。
A
7
积分控制器的作用
作用：通过对误差累积的作用影响控制量，并通过系统 的负反馈作用减小偏差；
A
4
PID控制原理
模拟PID控制的控制规律为
其中：Kp —— 控制器的比例系数 Ki —— 控制器的积分时间，也称积分系数 Kd —— 控制器的微分时间，也称微分系数
A
5
PID控制原理
简单来书，PID控制器各校正环节的作用如下：
（1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)， 偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏 差。
A
9
自适应模糊PID控制器
• 随着计算机技术的发展，人们利用智能的 方法将操作人员调整经验作为PID参数的 初始值存入计算机，根据现场实际情况， 计算机能自动调整PID参数，这样就出现 了智能PID控制器。
• 这种控制要通过不断的数据收集与实践来 不断的调整参数初始值从而实现最佳状态。
A
10
自适应模糊PID控制器
• 在模拟系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。 为了说明控制器的工作原理，先看一个例子。如图所 示是一个小功率直流电机调速原理图。给定速度n0(t) 与实际转速进行比较n(t)，其差值e(t)=n0(t)-n(t)，经过 PID控制器调整后输出电压控制信号u(t)，u(t)经过功率 放大后，驱动直流电机改变其转速。
e,ec={-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5}
A
17
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
自适应模糊PID控制器
• 其模糊子集为
e,ec=(NB,NM,NS,O,PS,PM,PB)
• 子集中元素分别代表负大，负中，负小 ，零，正小，正中，正大。设e,ec和 Kp,Ki,Kd均服从正态分布，因此可得出
各模糊子集的隶属度，根据各模糊子集
A
3
PID控制原理
• 常规的模拟PID控制系统原理图如图所示。该系统由模 拟PID控制器和被控对象组成。图中，r(t)是给定值， y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控 制偏差e(t)，e(t)=r(t)-y(t)，e(t)作为PID控制的输入，u(t) 作为PID控制器的输出和被控对象的输入。
的隶属度赋值表和各参数模糊控制模型
，应用模糊合成推理设计PID参数的模糊
矩阵表，查处修正参数代入下式计算
A
18
Kp=Kp’+{e,ec}p
Ki=Ki’ + {e,ec}i
Kd=Kd’+{e,ec}d 在线运行过程中，控制系统通过对模糊 逻辑规则的结果处理、查表和运算，完 成对PID参数的在线自校正，其流程工作 图如下。
• 在线实时模糊自整定PID控制器控制方案原理如图所示。
A
13
Kp的模糊规则表
A
14
Ki的模糊规则表
A
15
Kd的模糊规则表
A
16
自适应模糊PID控制器
• Kp,Ki,Kd的模糊控制规则表建立好后，可 根据如下方法进行Kp,Ki,Kd的自适应校正。
• 将系统误差e和误差变化率ec变化范围定义 为模糊机上的论域。
（3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速 率），并能再偏差信号变得太大之前，在系统中引入 一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度， 减少调节时间。
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比例控制器的作用
A
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流程图
入口 取当前采样值
e(k)=r(k)-y(k) ec(k)=e(k)-e(k-1)
e(k-1)=e(k) e(k)、ec(k)模糊化 模糊整定detp、deti、detd 计算当前kp、ki、kd
PID控制器输出
返回 A
20
仿真
• 被控制对象为
Gpss387.5325s23150040s70
• 自适应模糊PID控制是以误差e和误差变化 ec作为输入，可以满足不同时刻的e和ec对 PID参数自整定的要求。利用模糊控制规 则在线对PID参数进行修改，便构成了自 适应模糊PID控制器。
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自适应模糊PID控制器
• PID参数模糊自整定是找出PID三个参数与 e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断 检测e和ec，根据模糊控制原理来对3个参 数进行在线修改，以满足不同e和ec时对控 制参数的不同要求，而使被控制对象有良 好的动、静态性能。
特点：与e(t)存在全部时段有关，只要有足够的时间, 积分控制将能够消除稳态误差。
缺点：不能及时地克服扰动的影响。
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积分控制器的作用
作用：有助于减小 超调和调整时间，改善系统的动态 品质;
特点：反应e(t) 变化的速度，在偏差刚刚出现时产生很 大的控制作用，具有超前控制作用；
缺点：不能消除系统的稳态误差。
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自适应模糊PID控制器
• PID参数的整定必须考虑到在不同时刻三个参数的作用以 及相互之间的互联关系。
• 模糊自整定PID是在PID算法的基础上，通过计算当前系 统误差e和误差变化率ec，利用模糊规则进行模糊推理， 查询模糊矩阵表进行参数调整。
• 模糊控制实际的核心是总结工程设计人员的技术知识和 实际操作经验，建立合适的模糊规则表，得到针对 kp,ki,kd三个参数分别整定的模糊控制表。
PID控制
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引言
• 在实际的过程控制与运动控制系统中，PID家 族占据有相当的地位，据统计，工业控制的控 制器中PID类控制占有90%以上。
• PID控制器是最早出现的控制器类型，因为其 结构简单，各个控制器参数有着明显的物理意 义，调整方便，所以这类控制器很受工程技术 人员的喜爱。
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PID控制原理
• 采样时间为1ms，采用模糊PID控制进行 阶跃响应，在第300个采样时间控制器输 出1.0的干扰，相应的响应结果如图
A
21
模糊PID控制阶跃响应
A
22
模糊PID控制误差响应
A
23
控制器输出
A
24
Kp,Ki,Kd自适应调整
A
25
作用：对当前时刻的偏差信号e(t)进行放大或衰减，控 制作用的强弱取决于比例系数；
特点：Kp越大系统动态特性越好，但Kp过大y(t)可能会 引起系统振荡使稳定性变差，也有可能出现比例 饱和现象。
缺点：不能消除静态误差。
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积分控制器的作用
作用：通过对误差累积的作用影响控制量，并通过系统 的负反馈作用减小偏差；
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PID控制原理
模拟PID控制的控制规律为
其中：Kp —— 控制器的比例系数 Ki —— 控制器的积分时间，也称积分系数 Kd —— 控制器的微分时间，也称微分系数
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PID控制原理
简单来书，PID控制器各校正环节的作用如下：
（1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)， 偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏 差。
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自适应模糊PID控制器
• 随着计算机技术的发展，人们利用智能的 方法将操作人员调整经验作为PID参数的 初始值存入计算机，根据现场实际情况， 计算机能自动调整PID参数，这样就出现 了智能PID控制器。
• 这种控制要通过不断的数据收集与实践来 不断的调整参数初始值从而实现最佳状态。
A
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自适应模糊PID控制器
• 在模拟系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。 为了说明控制器的工作原理，先看一个例子。如图所 示是一个小功率直流电机调速原理图。给定速度n0(t) 与实际转速进行比较n(t)，其差值e(t)=n0(t)-n(t)，经过 PID控制器调整后输出电压控制信号u(t)，u(t)经过功率 放大后，驱动直流电机改变其转速。
e,ec={-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5}
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
自适应模糊PID控制器
• 其模糊子集为
e,ec=(NB,NM,NS,O,PS,PM,PB)
• 子集中元素分别代表负大，负中，负小 ，零，正小，正中，正大。设e,ec和 Kp,Ki,Kd均服从正态分布，因此可得出
各模糊子集的隶属度，根据各模糊子集
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PID控制原理
• 常规的模拟PID控制系统原理图如图所示。该系统由模 拟PID控制器和被控对象组成。图中，r(t)是给定值， y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控 制偏差e(t)，e(t)=r(t)-y(t)，e(t)作为PID控制的输入，u(t) 作为PID控制器的输出和被控对象的输入。
的隶属度赋值表和各参数模糊控制模型
，应用模糊合成推理设计PID参数的模糊
矩阵表，查处修正参数代入下式计算
A
18
Kp=Kp’+{e,ec}p
Ki=Ki’ + {e,ec}i
Kd=Kd’+{e,ec}d 在线运行过程中，控制系统通过对模糊 逻辑规则的结果处理、查表和运算，完 成对PID参数的在线自校正，其流程工作 图如下。
• 在线实时模糊自整定PID控制器控制方案原理如图所示。
A
13
Kp的模糊规则表
A
14
Ki的模糊规则表
A
15
Kd的模糊规则表
A
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自适应模糊PID控制器
• Kp,Ki,Kd的模糊控制规则表建立好后，可 根据如下方法进行Kp,Ki,Kd的自适应校正。
• 将系统误差e和误差变化率ec变化范围定义 为模糊机上的论域。