模糊自适应PID控制器参数整定的研究
基于模糊自适应整定PID的煤矿输送机电机 控制技术研究
基于模糊自适应整定PID的煤矿输送机电机控制技术研究作者：朱守健乔栋董志民赵政宏来源：《无线互联科技》2023年第21期摘要：在煤礦输送机电机的自动控制系统中，控制电机的功率输出是最主要的控制过程。
由于输送机在综采工作面作业过程中会遇到各种不可控的因素，从而导致电机的数学模型发生变化。
传统PID控制精度只能满足一般电机的要求，但是遇到不可控的因素时，容易引起输送机电机的损坏，因此引入模糊自适应整定PID控制理论，可以使电机的控制器具有一定的自适应性，它主要通过模糊规则来自动调整电机控制器的参数，以达到更好的控制效果。
关键词：带式输送机；PID；模糊控制；电机控制系统中图分类号：TH122 文献标志码：A0 引言煤炭是我国最安全、经济、可靠的基础能源，其资源的储备总量远远超过石油和天然气资源的储备量，是我国主要基础能源之一［1］。
实现煤炭的智能化开采，提升煤炭运输的智能化、高速化，成了目前的技术关键。
实现煤炭运输智能化、高速化的技术难点是实现输送机电机控制系统的研究。
采煤机将煤块投放到输送机上，输送机电机需要根据输送量以及皮带运行状态，对输送机电机进行实时调整，从而提升输送机的传输速率以及与采煤机的同步率。
此外，煤矿输送机电机在达到期望输出功率的同时，也要防止其他不可控因素影响输送机电机的输出功率，以避免造成输送机速率过快引发煤块滑动，造成人员危险等不必要的风险。
在矿用输送机的电机控制中，较为普遍的算法是传统的PID控制算法。
传统的PID控制算法较其他控制算法具有结构简单、鲁棒性好且较为可靠等特点，但传统的PID控制算法要求被控制对象的反馈参数以及输出参数必须具有高精确度，同时对被控对象反馈的数据整定较为复杂，难度较高，无法做到输送机电机的实时调整，会产生一定的滞后性。
除此之外，人工手动调整电机有着严重的处理不及时的问题，可能会引起输送机电机故障，从而导致生产停滞，影响生产产能。
当各种问题交错叠加到一起时，对带式输送机电机的控制以及性能会产生严重的影响。
PID控制器参数模糊自整定研究
ｆｋ＝０，１，２，…）
ｋ
ｔ
—ｄｅ（ｔ）。—ｅ（ｋＴ）－ｅ—［（ｋ－１）Ｔ］：型２二丝二１２ Ｅｅ（，）西“ＴＺｅ（ｊＴ）＝ＴＸｅ（ｊ）
ｊ＝Ｏ
ｊ＝ｏ
（１·８）
式中， 丁——采样周期。
显然，上述离散化过程中，采样周期丁必须足够短，才能保证有足够的 精度。为书写方便，将ｅ（ｋＴ）简化表示成Ｐ（尼）等，即省去丁。将式（１—８）代入 （１－１），可得离散的ＰＩＤ表达式为
本章首先回顾一下ＰＩＤ控制的理论基础及其参数自整定的基本原理。然 后简单介绍一下智能控制算法及其在ＰＩＤ参数自整定中的应用。最后概括出 本文的主要工作及研究内容。
Ｉ．２ ＰＩＥ）控制算法的理论基础
１．２．１ ＰＩＤ控制器的基本原理‘２１
ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ、Ｉｎｔｅｇｒａｌ ａｎｄ Ｄｉ鼠ｒｅｍｉａＩ）控制器本身是一种基于对“过 去”、“现在”和“未来”信息估计的简单控制算法。
ｆｕｚｚｙ ｒｅａｓｏｎｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｃｉｓｉｏｎ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｒｅｇｕｌａｔｅ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ’ｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ．
１ｉｎｅ．Ｎｅｉｔｈｅｒ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｎｏｒ ｅｘａｃｔｌｙ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｂｊｅｃｔ ｉｓ ｎｅｅｄｅｄ．ｉｔ ｏｎｌｙ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ ｄｅｓｉｒｅｄ ｏｕｔｐｕｔ ａｎｄ ｒｅａｌ ｏｕｔｐｕｔ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅｍ，ｔｈｅｎ ｇｅｔ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｓｅｌｆ－ｔｕｎｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ ｂｙ ｆｕｚｚｙ ｉｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｄｅｃｉｓｉｏｎ．Ａｆｔｅｒ ａｔｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｔｕｎｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ，ｗｅ ｃａｎ ｔｕｎｅ ａｌｌ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｂｙ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｔｕｎｉｎｇ ｆｏｒｍｕｌａｓ．Ｉｔ ｉｓ ｏｂｖｉｏｕｓ
模糊自适应PID参数自整定控制器的研究
２ 模 糊 ＰＤ控 制器 的设 计 Ｉ 由 于 ＰＤ 控 制 器 的参 数 比较 难 整定 ， 对 这一 问题 ， 文 设 Ｉ 针 本
计 了模 糊 ＰＤ控 制 器 ， 普 通 的 ＰＤ 控 制 相 比 ， 具 有 易 于 对 Ｉ 与 Ｉ 它 不 确 定 系统 或 非 线 性 系统 进 行 控 制 、对 被 控 对 象 的 参 数 变 化 有 较 强 的鲁 棒 性 、对 外界 的干 扰 有 较 强 的抑 制 能 力 等 特 点 。 模 糊
张 燕 红 （ 州工 学院 电子信 息与 电气工程 学院 ， 苏 常州 ２ ３ ０ ） 常 江 １ ０ ２
摘
要
当控 制 系统 中的被 控 对 象存 在 纯 滞后 、 变 或 非 线 性 等 复 杂 因素 时 ， 通 的 ＰＤ控 制 器 的 控 制 效 果 很 难 达 到 较 好 的 时 普 Ｉ
近年来 ，Ｉ ＰＤ控 制 及 其 相 应 的 改 进 型 的 ＰＤ 控 制 已经 被 广 Ｉ 泛 地 应用 于各 个 领 域 中 ，但 是 当控 制 系统 中 的被 控 对 象 存 在 非 线 性 、 变 性 和 不 确 定 性 等 因素 ， 用 常 规 ＰＤ 控 制 ， 难 达 到 时 采 Ｉ 很 较好 的控 制 效 果 ， 且 在 ＰＤ控 制 器 中 ， 数 的 整 定 也 一 直是 比 而 Ｉ 参 较 困 难 的 ， 其 是 被 控 对 象 的 参数 发 生 变化 的 时候 ， 前 的 ＰＤ 尤 之 Ｉ 控制 器 的参 数 很 难适 应 新 的变 化 的被 控 对 象模 型 ， 因此 。 针对 这
控 制 效 果 ， 对 这 一 问题 ， 用模 糊控 制 和 自适 应 控 制 的知 识 ， 计 了模 糊 自适 应 ＰＤ 参 数 自整 定控 制 器 ， 控 制 器 的 比 针 应 设 Ｉ 此 例 系数 、 分 系数和 微 分 系数 可根 据 模 糊 推 理规 则进 行 在 线 调 整 。仿 真 结 果表 明 ， 积 该控 制 方 法 提 高 了 系统 的 动 、 态特 性 ， 静
模糊控制论文—参数自整定模糊PID控制器设计
模糊控制论文—参数自整定模糊PID控制器设计时间 2010年6月16日参数自整定模糊PID控制器设计【摘要】在借鉴传统PID控制应用工业现场基础上，引进模糊规则的调用方式。
根据偏差绝对值和偏差变化率绝对值的改变，在线调节PID参数，最后进行MATLAB仿真，经过比较传统PID控制与模糊PID动态性能的差异，验证模糊PID动态性能得到明显的改善。
【关键词】模糊PID、控制器、Matlab仿真（Simulink）传统PID (比例、积分和微分)控制原理简单，使用方便，适应性强，可以广泛应用于各种工业过程控制领域。
但是PID控制器也存在参数调节需要一定过程，最优参数选取比较麻烦的缺点，对一些系统参数会变化的过程，PID控制就无法有效地对系统进行在线控制。
不能满足在系统参数发生变化时PID参数随之发生相应改变的要求，严重的影响了控制效果。
本篇文章介绍了对模糊PID控制性能改善，它不需要被控对象的数学模型，能够在线实时修正参数，使控制器适应被控对象参数的任何变化。
并对其进行仿真验证，结果表明模糊PID控制使系统的性能得到了明显的改善。
1、传统PID与模糊PID的比较PID控制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。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握、得不到精确的数学模型时，采用PID控制技术最为方便。
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心。
它是根据被控过程的特性来确定PID控制器的参数大小。
PID控制原理简单、易于实现、适用面广，但PID控制器的参数整定是一件比较困难的事。
合理的PID参数通常由经验丰富的技术人员在线整定。
在控制对象有很大的时变性和非线性的情况下，一组整定好的PID参数远远不能满足系统的要求。
为此，需要引入一套模糊PID控制算法。
模糊PID控制所谓模糊PID控制器，即利用模糊逻辑算法并根据一定的模糊规则对PID控制的比例、积分、微分系数进行实时优化，以达到较为理想的控制效果。
pid控制参数的模糊整定方法
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PID的自整定控制及其研究(模糊PID算法)
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内蒙古科技大学 硕士学位论文 PID的自整定控制及其研究 姓名：石振华 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：周先谱 20080602
内蒙古科技大学硕士学位论文
摘
要
PID 控制器从诞生至今，已经历了数十年的历史，并ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ因其优良的性能仍然是工业 自动化领域应用最为广泛的控制器。PID 控制器参数整定优劣与否，是 PID 控制器能否 获得良好性能的关键。迄今为止，各种整定 PID 控制器参数整定方法层出不穷，给 PID 控制器参数整定的研究带来了活力与契机。如 ZN 法、继电整定法等等。 继电整定法因其原理简单、实用且良好的控制效果，被广泛应用于工业控制中。但 它仍然是一种一次整定方法，在实际应用中，不能对具有高度非线性、参数时变及纯滞 后特性并受随机干扰影响的系统有效控制。这就要求在 PID 控制中不仅 PID 参数的整定 不依赖于对象的数学模型，而且 PID 参数能在线调整，这样才能获得理想的控制品质。 基于此，本文提出在继电测试法整定出 PID 参数初值的基础上，再利用模糊推理在 线调整 PID 参数值的策略。所以，这个方法不仅简单实现了一次在线整定，而且实现了 在线实时整定。为了论证模糊 PID 控制的优越性，本课题设计了基于 STC89C52 单片机 的直流电机 PWM 闭环调速系统，通过硬件调试，得出模糊 PID 控制优于普通 PID 控制的 结论。
基于模糊自适应整定PID控制的逆变电源的研究
ｒ 丽
数控 技术
基于模糊 自适应整定 Ｐ Ｄ控制的逆变 电源的研究 Ｉ
张 路 孙 志毅 何 秋 生
（ 太原科 技 大 学 电子 信 息工 程 学 院 山西 太原 ００ ２） ３０４
摘 要 ： 文通过 对逆 变 电源输 出特 性 的分析 ， 本 建立 了单相 ｓ ｗ Ｍ逆 变 器的ＭＡ Ｌ Ｂ ｈ 模 型 ， 出一种模 糊 自适应 整 定Ｐ Ｄ的 电压 电流双 Ｐ Ｔ Ａ ｆ真 － 提 Ｉ 闭 环控 制 方案 ， 过与 数 字ＰＤ 制进行 了仿真 比较 ， 通 Ｉ控 结果表 明模 糊 自适 应整 定ＰＤ控 制应 用在逆 变电源 中具 有 更好 的稳 态和 动 态输 出特 性 以及 Ｉ 更低 的 总 谐 波 畸 变率
关 键 词 ： 糊 Ｐ Ｄ控 制 数 字ＰＩ 模 Ｉ Ｄ控 制 逆 变 电 源
中图分 类 号：Ｐ ７ ＋４ Ｐ ９ ． Ｔ ２ ３ ．Ｔ ３ １ ； ９
文献标识码 ： Ａ
文章编 号 ： ０ ７９ １ （０ ２０ — ０ １ ２ ｌ ０ —４ ６２ ｌ） ２０ ３ — ０
１、 引 言
电源 系统 是 当 代 电子 设 备 中必 不 呵少 的重 要 组 成部 分 ， 随着 电 力 电了 技 术 的 飞 速 发 展 和 各 行 各 业 对 电 气设 备控 制 性 能 要 求 的提 高， 逆变技术在许 多领域的应用 越来越广 泛 ， 电源性能 的要求 也 对 越 来 越 高 。 逆变 电源 系 统 可 分 为开 环 控 制 系 统 和 闭环 控 制 系 统 ， … 而 开 环 控 制 系 统 的 输 出 在 电 网 电压 和 负 载 突 变时 ， 稳定 性 不 高 控 制 效 果 不 理 想 ， 用 的场 合 不 广 泛 。 前通 常 采用 闭环 控 制 系 统 。 了 使 应 当 为 逆 变 系 统 性 能 更 加 稳 定 ， 系统 中 引入 滤 波 电感 电流 和 电容 电压 形 在 成 双 闭 环控 制 ， 过 对 输 出 电压 电流 反 馈 与 参考 信 号 比较控 制 波 形 通 稳 定 输 出 。 期 的 逆 变 闭环 控 制 多 采 用 数 字 Ｐ Ｄ 制 ， 过 采 样 产 ２ 早 Ｉ控 通 、逆 变 电源 控 制 方 案 的设 计 生 误 差 信号 运 用ＰＤ 制器 进 行 调 节 ， 当 负载 变 化 特 别 是 非 线 性 Ｉ控 而 图１ 为逆 变 等 效 电路 模 糊控 制 设 计 框 图 ， 图所 示 ， 过 外环 采 如 通 ＶＩ— Ｖ３ 样 电容 电压 反 馈 信 号 与 给 定 的 电压 参 考 信 号 比较 产 生误 差信 号 通 过 Ｐ控 制 调 节 作 为给 定 电流 参 考信 号 ， 与 采样 电感 电流 反 馈 信 号 Ｉ 再 Ｕ Ｃ 负 比较 产生 误 差 信 号 ， 后 与 固 定频 率 的 三 角 波 载波 比较 产 生Ｓ ｗ Ｍ 最 Ｐ 载 Ｖ２ ｌＶ４ 控 制 脉 冲 作 为 开 关 管 的 门级 脉冲 驱 动 信号 。】 了 减 少 输 出谐 波 含 口 为 量 ， 里 采 用 双 极 性 Ｓ Ｗ Ｍ调 制 ， 使 逆 变 桥 中ＶｌＶ４ 这 Ｐ 即 、 与Ｖ２ Ｖ 两 、３ 组对 管高频互补通断 。 电流 ｌ ｌ电压
PID控制器参数模糊自整定研究
PID控制器参数模糊自整定研究PID控制器是一种广泛使用的工业控制系统组件，它可以根据设定值和实际输出值之间的误差来调整控制系统的增益，以实现系统的稳定性和性能优化。
然而，传统的PID控制器参数整定方法通常需要手动调整，这不仅需要丰富的经验，而且也难以保证参数的最优性。
因此，研究PID控制器参数的自动整定方法具有重要意义。
在过去的几十年中，模糊自整定技术成为了一种流行的PID控制器参数自动整定方法。
该技术结合了模糊逻辑和参数辨识，通过不断监测系统的运行状态，以及根据系统性能指标的变化来自动调整PID控制器的参数。
目前，关于PID控制器参数模糊自整定的研究已经取得了一定的进展。
在理论研究方面，研究者们已经提出了一些有代表性的模型和算法，如基于规则的模糊自整定、基于人工神经网络的模糊自整定等。
在实验研究方面，研究者们已经在各种实际应用场景中验证了模糊自整定技术的有效性和优越性，如电机控制、化工过程控制等。
模糊自整定技术的原理是基于模糊逻辑和参数辨识。
通过参数辨识算法来识别控制系统的参数，以确定PID控制器的最佳参数组合。
然后，利用模糊逻辑推理来确定PID控制器的输出，以实现对控制系统的有效控制。
根据系统的性能指标，如超调量、调节时间等，来反馈调节PID控制器的参数，以实现控制效果的优化。
在PID控制器中应用模糊自整定技术时，需要设置一些模糊参数，如输入输出变量的模糊化程度、模糊规则等。
这些参数的选择对控制效果有着重要影响。
因此，在实际应用中，需要根据具体系统和控制要求来合理设置这些参数，以达到最佳的控制效果。
通过分析实际案例，我们发现模糊自整定技术在PID控制器中的应用取得了显著的成果。
例如，在电机控制系统中，模糊自整定技术成功地提高了系统的稳定性和响应速度。
在化工过程控制中，该技术有效降低了系统的误差和超调量，提高了控制精度。
模糊自整定技术在PID控制器参数整定中具有重要意义和应用价值。
通过将模糊逻辑和参数辨识相结合，它可以实现PID控制器参数的自动调整和优化，从而提高控制系统的性能。
基于自学习的模糊PID参数自整定技术及其应用研究
摘要论文的研究工作是以某烟厂中央空调控制系统研究工程为背景展开的。
中央空调系统是智能建筑重要组成部分，是一个典型的多输入多输出、具有大滞后特性的非线性系统，其能耗占整个建筑能耗的50%以上，因此对中央空调系统控制方式的研究已经成为控制理论与控制工程界尤其是智能建筑界研究的热点之一。
目前中央空调系统采用的调节方式主要是PID调节，而PID调节性能主要依靠其参数的整定，由于中央空调系统时间常数较大，调整不仅费时费力，性能指标也不能令人满意。
因此，将模糊控制技术与经典PID控制技术相结合，实现PID参数在线模糊自整定，对于提高中央空调系统的控制精度、稳定性和可靠性，无论从学术研究角度出发，还是在工程应用方面，都具有相当的现实意义。
论文以较好的逻辑阐述了作者在构建基于自学习的模糊PID参数自整定系统整个过程中的设计思想，并充分体现了作者所作的大量工作和独特贡献。
具体包括：①对中央空调系统控制特性进行了较为深入的研究。
论文对现行中央空调控制系统及其主要的PID控制模式进行了深入分析，包括系统控制方式、控制特点以及数学模型等，尤其在二阶系统模型的基础上，针对其动态响应情况，剖析了响应各阶段PID参数对系统性能的影响，进而提出了PID参数的整定原则；②剖析了模糊控制系统控制结构和控制原理，包括模糊化接口、综合数据库、模糊推理技术、解模糊技术等，在此基础上，根据本中央空调系统工程需求，建立了基于增量型调整原理的参数自整定模糊控制器的系统结构，并对模糊自整定系统的输入输出变量进行选取与量化；③结合专家经验建立了模糊控制规则集合（共49条规则），完成了控制系统规则库的设计，并采用最小-最大-加权平均法进行模糊推理与解模糊；④针对采用定论域时温度状态进入模糊论域中间较小范围后，模糊控制输出容易产生小范围振荡等情况，采用了变论域的在线奖惩自学习算法对模糊控制规则库进行在线修改。
并且，在分析和评价系统动态特性的基础上建立了系统在线学习的评价函数和奖惩函数，修正奖惩因子，实现系统控制规则的优化；⑤运用Matlab软件对所建立的整个系统进行了仿真和性能分析，并与常规PID控制特性进行了对比分析，证明了所建系统的合理性。
毕业设计(论文)-模糊自适应pid控制器设计[管理资料]
![毕业设计(论文)-模糊自适应pid控制器设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/003566eb6bd97f192379e928.png)
模糊自整定PID控制器设计摘要本文主要研究的是有关模糊自整定PID控制器的设计与仿真，其中涉及到模糊控制，PID控制器，参数自整定三个领域的相关内容。
首先，我们先讨论了模糊控制的原理，历史和它的发展趋势，然后介绍了常规PID控制器和自整定算法的一些内容，最后，结合上述两种控制器的优点，设计出一种基于模糊推理的参数自整定模糊PID控制器。
模糊控制器是把专家的PID参数整定经验总结成模糊控制规则，然后形成模糊控制查询表，模糊控制过程实际上就是一个查表的过程。
模糊控制对具有非线性，时变性，较大的随机干扰等不具有精确的数学模型的控制系统具有较好的控制效果。
而PID参数整定方法是最基本的也是最常用的方法被广泛的应用于各个领域。
将两者有效的结合形成的模糊自整定PID控制器，它的简单性和可实施性是现而易见的。
本文将这种模糊自整定PID控制器应用于带有时滞的二阶系统中并将其同Z-N整定方法，临界灵敏度等常规PID整定方法进行比较。
结果表明，这种控制算法的控制效果明显好于传统的方法。
关键词：模糊控制，PID控制，参数自整定，隶属函数Design of Fuzzy Self-tuning PID Controlle rAbstractIn this paper, the design and simulation of a self-turning fuzzy PID type controller is proposed. The fuzzy control, PID controller and parameters self-turning are described.Firstly, the principle, history and developing trend of fuzzy control are discussed. Secondly, the conventional PID controller and self-turning are introduced. Finally, a self-turning PID controller based on fuzzy inferences is designed by combining the advantages of first one with a second one.A fuzzy controller is built based on the expert’s experiences, then it is changed into an inquiry table. The process of the fuzzy control practically inquires the table. The fuzzy control is good at the inexactly mathematical model such as non-linear, time-variant systems and so on. PID self-turning is the basest and most-used. After attaining the PID self-turning to the fuzzy controller, it is obvious that this method is simple and feasible.In this paper, the fuzzy control PID controller is used to a two-order plus time delay system. Simulation results show that the algorithm has better performance than traditional methods.Keywords Fuzzy control, PID control, self-turning, membership function目录第一章绪论 (1) (1) (1) (2)PID控制算法的基本理论 (3)PID控制器参数整定 (4) (4)第二章模糊控制概述 (4) (4) (5) (5) (6) (9) (9) (10) (12) (16) (18) (19) (20) (22)第三章PID控制原理极其参数自整定概述 (23) (23) (24) (26) (29) (32)第四章模糊自整定PID控制器设计 (35) (35) (36)第五章仿真与分析 (46) (46) (46)小结 (51)第六章结束语 (52)谢辞 (53)参考文献 (54)第一章绪论PID控制是最早发展起来的控制策略之一，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，至今仍有90%控制回路具有PID结构。
模糊自适应整定PID控制器设计分析解析
模糊自适应整定PID控制器设计内容摘要PID（比例积分微分）控制具有结构简单、稳定性能好、可靠性高等优点,尤其适用于可建立精确数学模型的控制系统。
而对于一些多变量、非线性、时滞的系统，传统的PID控制器并不能达到预期的效果。
随着模糊数学的发展，模糊控制的思想逐渐得到控制工程师们的重视，各种模糊控制器也应运而生。
而单纯的模糊控制器有其自身的缺陷—控制效果很粗糙、控制精度无法达到预期标准。
但利用传统的PID控制器和模糊控制器结合形成的模糊自适应的PID控制器可以弥补其缺陷；它将系统对应的误差和误差变化率反馈给模糊控制器进而确定相关参数，保证系统工作在最佳状态，实现优良的控制效果。
论文介绍了参数自适应模糊PID控制器的设计方法和步骤。
并利用MATLAB 中的SIMULINK和模糊逻辑推理系统工具箱进行了控制系统的仿真研究，并简要地分析了对应的仿真数据。
关键词:经典PID控制，模糊控制，参数整定，MATLAB仿真Self tuning fuzzy adaptive PID controller designABSTRACTPID ( proportional integral differential ) control has the advantages of simple structure, stable performance, high reliability, especially can be applied to establish the precise mathematical model of the control system. And for some, multivariable, nonlinear, time-delay system, the traditional PID controller can not achieve the desired effect.With the development of fuzzy mathematics, fuzzy control theory has gradually gained control engineers attention, also emerge as the times require different kinds of fuzzy controller. And the simple fuzzy controller has its own defects, the control effect is very rough, control accuracy can not meet standards. But the traditional PID controller and fuzzy controller is formed by the combination of fuzzy adaptive PID controller can remedy the defects of the system; it corresponds to the error and error change rate feedback to determine the parameters of fuzzy controller, to ensure the system work in the best condition, achieved excellent control effect.This paper introduces the parameter self-tuning fuzzy PID controller design method and steps. And the use of MATLAB in the SIMULINK and fuzzy logic inference system toolbox for the simulation research of control system, and briefly analyzes the corresponding simulation data.Keywords: Classic PID control, fuzzy control, parameter setting, MATLAB simulation目录第一章绪论................................................................................ 错误！未定义书签。
PID参数模糊自整定控制器的设计与研究
泛应用 于 工业过 程 ， 其局 限性 是 超调 量大 ， 无法 实现 非线性 系 统 的精 确 控 制 。 模 糊 控 制 引 入 了 逻 辑 推 理 ， 较 强的 自适 应 能 力 ， 非 线 性 、 延 迟 等 复杂 有 对 大 系统 有 良好 的控 制 效 果 ， 模 糊 控 制 所 依 赖 的 控制 但
ａ ｉｉｔ ｒｅ ｅ ｃ ｎｄ ｒ ｂｕ ｔ ｎｔ．ｎ ｅｆ ｒ ｎ ｅ ａ ｏ ｓ． Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｆ ｚ ｙ ｓ ｌ—ｕｎｎｇ；ＰＩ ｃ ｎ ｒ ｌ ｓｍｕ ａｉ ｕ ｚ ｅｆｔ ｉ Ｄ ｏ ｔｏ ； ｉ ｌ ｔ ｏｎ； ＭＡＴＬＡＢ
０ 前 言
ＰＤ控制是 最 早 发 展 起 来 的控 制 策 略 之 一 ， Ｉ 由
模糊 推理 对 ＰＤ控 制 器的控 制参 数进 行在 线调 整 ， 出 了参数 整 定的基 本 原 则 。 并用 ＭＡ Ｌ Ｂ中 Ｉ 给 ＴＡ ＳＭ ＬＮ Ｉ Ｕ Ｉ Ｋ和 Ｆ Ｚ Ｙ工具 箱对 三种 控制 方 式进 行 了仿 真 。仿 真 结 果表 明 ， Ｉ ＵＺ Ｐ Ｄ参 数模 糊 自整 定控 制 器的控 制性 能优 于常规 ＰＤ控 制和模 糊 控制 ， 有 良好 的抗 干扰性 和 鲁棒性 。 Ｉ 具
关键 词 ： 糊 自整 定 ； Ｉ 模 ＰＤ控 制 ； 仿真 ； Ｔ Ａ ＭＡ Ｌ Ｂ
中图分类 号 ：Ｐ ７ ． Ｔ ２ ３２
液压位置伺服系统模糊自适应PID控制算法研究
适 应 Ｐ Ｄ 控 制 算 Ｉ
法 。其 控 制 原理 框 图如 图 ２所 示 。
图 ２ 模糊 自整定 ＰＤ控制原理框图 Ｉ
２ 控 制 算法 研 究 ２ １控 制 原 理 ．
考 虑 到液 压 伺 服 系统 的位 置 控 制 对 象 它 不 仅具 有 模 型 参 数
不 确定 ， 变 特性 且 系 统 具有 于扰 特 点 。 文 提 出 了 一种 利 用模 时 本 糊 控 制 克 服 模 型 参 叩）
得 良好 的控 制 效 果 ， 中提 出 了一 种 将 模糊 控制 、 文 自适应 控制 和 ＰＤ控 制 相 结合 的复 合 控 制 算 法 ，组 成基 于模 糊 自适 应 ＰＤ位 Ｉ Ｉ 置 实 时控 制 系统 。利 用模 糊 自整 定 ＰＤ控 制 对 模 型 参数 要 求 的 Ｉ 不 精确 性 和 在线 调 整 的适 应 性 、 干扰 能力 强 ， 成 了模 糊 自整 抗 构
强 一 于 军 琪 （ 西安 建筑科技 大 学信 息与控 制 工程 学院 ， 陕西 西安 ７ ０ ５ ） １０ ５
刘 煦 （ 西安 建筑科技 大 学土木 工程 学院 ， 西 西安 ７ ０ ５ ） 陕 １０ ５
摘 要
针 对 某 部 级 重 点 实验 室的 ＭＴ Ｓ液 压 位 置伺 服 系统 所具 有 的 时 变 ， 动 的 特 点 ， 出 了模 糊 自适 应 Ｐ Ｄ控 制 算 法 ， 扰 提 Ｉ 利 用模 糊 自整 定 Ｐ Ｄ 能 对具 有 时 变、 扰 特性 的被 控 参数 取 得 的 良好 控 制 效 果 。仿 真 结 果表 明 ， 过 对 液 压伺 服 系统位 置的 Ｉ 干 通
Ｓｉ ｕａｔ ｎ ｅ ｕｌ ｈ ｗｓ ｈａ ｔｉ ｍ ｅｈ ｏ ａｉ ｇ ｄ ｍ ｌ ｉ ｒｓ ｔ ｏ ｓ ｏ ｔ ｔ ｈｓ ｔｏｄ ｂｔ ｎｓ ｏｏ ｃｏ ｒ ｐ ｆ ｍａｎ ｅ ｏ ｈ ｐｏ ｉｏｎ．Ｏ ｈ ａｌ ｉ ｍ ｓ ｏｕｄ ｎｔ ｏｌ ｅｒ ｏｒ ｃ ｔ ｔｅ ｓｔ Ｓ ｔ ｅ ｇｏｒｈ ｉ ｔ ｈ ｌ ｂｅ
模糊自适应整定PID控制及其仿真研究
Ｐ Ｄ参数的在线 自整定 ， Ｉ 进一步完善 了 ＰＤ控制器 的性 能 ， ｜ 提高了系统的控制精度 。 仿真结果表 明， 该控制器
明显 地 改 善 了 控 制 系 统 的 动 态 性 能 ，便 于 工 程 应 用 。
关 键 词 ：Ｐ Ｄ 控 制 ；模 糊 控 制 ；参 数 自整 定 ；仿 真 Ｉ 中图 分 类 号 ：ＴＰ ７ ． ＴＰ ９ ． ２ ３ ４： ３ １９ 文 献 标 识 码 ：Ａ
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第６ 期 （ 第 １９期 ） 总 ３ ２０ ０ ６年 １ ２月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨＡＮ１ ＣＡＬ ＥＮＧ１ ＮＥＥＲ１ ＮＧ ８ ＡＵＴ（Ｍ ＡＴ１ 乙 ） ＯＮ
Ｎ ｏ． ６
Ｄｅ ． ｃ
文章 编 号 ：６ ２６ １ （０ ６０ —０ ２０ １ ７—４ ３ ２ ０ ） ６０ ９—２
模 糊 自适 应整定 Ｐ Ｄ 控制及其仿 真研 究牛 Ｉ
盂 宇 ， 彭 晓 华 ，张 浩
（ 宁工 程 技 术 大 学 电气 工程 系 ， 辽 宁 阜 新 １ ３ ０ ） 辽 ２ ０ ０
摘 要 ：针 对 传 统 Ｐ Ｄ控 制 器 存 在 的 问题 ，设 计 了 一 种 模 糊 自适 应整 定 Ｐ Ｄ 控 制 器 ，利 用 模 糊 推 理 方 法 实 现 对 Ｉ Ｉ
式【： ｋ ｛ —— 比例 系数 ； ｌ ｋ 一一 积分 系数 ； ｋ —— 微 分系数 。
控制 和模 糊控 制二 者结合 ，设 计 了一种 模糊 自适应 整
定 Ｐ Ｄ控制 器 ， 用模 糊 推理方 法实 现对 Ｐ Ｄ参 数 的 Ｉ 应 Ｉ 在线 自调 整 。仿 真结 果 表 明该 控制 器 明显地 改善 了控 制系 统 的动态性 能 ，提 高 了系统 的控制 精度 。 １ 模 糊 自适应 整定 Ｐ Ｄ控 制器 的设计 Ｉ
自适应模糊整定PID参数..31页PPT文档
0
PI
0.9 T
0.3
0
PID
1.2 T
2
0.5
齐格勒和尼克尔斯给出了上表的公式，用以确定Kp、 Ki和Kd，据此得出PID控制器的传递函数。
Gc
s
Kp
1
1 Tis
Td
s
s 12
1.2T 1 1 0.5s 0.6T
将操作人员（专家）长期实践积累的经验知识用控制规则模型
化，并运用推理对PID参数实现最佳调整。
由于操作者经验不易精确描述，控制过程中各种信号量及
评价指标不易定量表示，专家PID方法受到局限。模糊理论是
解决这一问题的有效途径，所以人们运用模糊数学的基本理论
和方法，把规则的条件、操作用模糊集表示，并把这些模糊规
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4 这种PID控制器有一个极点在坐标原点，两个零点均位于 T c 处。故这种方法仅适用于系统的输出能产生持续震荡的
场合。
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模糊自适应整定PID控制
必须指出，用上述法则确定PID控制器的参数，使系统的 超调量在10%~60%之间，其平均值约为25%（通过对许多 不同对象试验的结果），这是易于理解的，因为上述两个表中 的参数值也是在平均值的基础上得到的。
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模糊自适应整定PID控制
r t
et
-
Kp
mt
ct
Gs
控制器的类型 P PI PID
Kp 0.5 Kc 0.45 Kc 0.6 Kc
具有比例控制器的闭环系统
Ki
Kd
齐格勒和尼克尔斯给出 了左表的公式，用以确定Kp、
自适应模糊整定PID参数..
在工业生产过程中，许多被控对象受负荷变化或干扰因素 影响，其对象特性参数或结构易发生改变。自适应控制运用现 代控制理论在线辨识对象特征参数，实时改变其控制策略，使 控制系统品质指标保持在最佳范围内，但其控制效果的好坏取 决于辨识模型的精确度，这对于复杂系统是非常困难的。因 此，在工业生产过程中，大量采用的仍然是PID算法。PID参 数整定方法很多，但大多数都以对象特性为基础。 随着计算机技术的发展，人们利用人工智能的方法将操作 人员的经验作为知识存入计算机中，根据现场实际情况，计算 机能自动调整PID参数，这样就出现了专家PID控制器。
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这种PID控制器有一个极点在坐标原点，两个零点均位于 4 Tc 处。故这种方法仅适用于系统的输出能产生持续震荡的 场合。
2018/10/15
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模糊自适应整定PID控制
必须指出，用上述法则确定PID控制器的参数，使系统的 超调量在10%~60%之间，其平均值约为25%（通过对许多 不同对象试验的结果），这是易于理解的，因为上述两个表中 的参数值也是在平均值的基础上得到的。 由此可知，齐格勒-尼克尔斯法则仅是PID控制器参数调整 的一个起点。若要进一步提高系统的动态性能，必须在此基础 上对相关参数做进一步调整。
0.5 Tc
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模糊自适应整定PID控制
求得相应的PID控制器的传递函数： 1 Gc s K p 1 T s d
Ti s 4 s Tc 1 0.6 K c 1 0.125Tc s 0 . 075 K T c c s 0.5Tc s
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模糊自适应整定PID控制
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数 Ｋ 、 分 系 数 Ｋ 和微 分 系 数 Ｋ 。ＰＤ参 数 模 糊 自整 定 是 找 出 积 Ｉ Ｄ Ｉ
ＰＤ 三 个 参 数 和偏 差 ｅ 偏 差 变 化 率 ｅ Ｉ 、 ｃ之 间 的模 糊 关 系 ， 系 在 统 运 行 中 通 过 不 断 检 测 ｅ和 ｅ ， ｃ 根据 模 糊 控 制 原理 来 对 ３个 参
１１ 模 糊 自适 应 ＰＤ参 数 控 制 策 略 ［ ． Ｉ １ 以 常规 ＰＤ 控 制 为 基 础 ， 用 模糊 推理 方 法 ， 据 不 同时 刻 Ｉ 采 根
的 ｅ和 ｅ ｃ对 ＰＤ参 数 进 行 在 线 自整 定 。按 照 这 种 思 想 构 成 的 Ｉ 控 制 系 统 由两 部 分 组 成 ，即 常 规 ＰＤ控 制 部 分 和 模 糊 推 理 的 参 Ｉ
器 ， 不 过 它 的 输 入 是 偏 差 ｅ和 偏 差 变 化 率 ｅ 输 出是 比例 系 只 ｃ，
积 分 环 节 作 用 系 数 Ｉ 的作 用 在 于 消 除 系统 的稳 定 误 差 。但 ＜ ｌ
Ｋ 过 大 ， 响 应 过 程 中 会 产 生 积分 饱 和 现 象 ， 而 引起 响应 过程 ． 在 从
调 节 精 度 。但 Ｋ 过 大 ， 生 超 调 量 和 振 荡 ， 至 导 致 系 统 不 稳 产 甚 定 。 Ｋ 取 值 过 小 ， 会 降低 调 节 精 度 ， 响 应 速 度 变 慢 ， 而延 则 使 从
长 调节 时 间 ， 系统 静 态 、 使 动态 特 性 变 坏 。
数 校 正 部 分 ， 图 １所 示 。 糊 推 理 部 分 实 质 就 是一 个 模 糊 控 制 如 模
式 中 ｕ ｋ 为 系 统 的 第 ｋ采 样 周 期 时 的控 制 器 的 输 出值 ， （） ｅ
（ ）为第 ｋ ｋ 采样周期 的输入控制 系统 的偏差值 ， Ｔ为采样 周期 。
Ｋ 。 Ｋ 是 比例 系 数 、 分 系 数 和 微 分 系数 。 Ｋ 和 ｏ 积 １２ 模 糊 自适 应 ＰＤ参 数 整 定 的原 则 ３ ＿ ｌ ２ 。
《 工业 控 制 计 算 机 ｝ ０ ２年 第 ２ ２１ ５卷 第 ２期
模糊 自适应 ＰＤ控制器参数整定的研究 Ｉ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｆ ｚ ｙ ＳｅｆＡｄ ｐ ｉｅ ＰＩ ｎ ｒ ｌ ｒ ｗｉ ａ ａ ｔ ｒ ｕ ｉｇ ｓ ａｃ ｎ ｕ ｚ ｌ ａ ｔ Ｄ Ｃｏ ｔ ｌ ｔ Ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ Ｔ ｎｎ ｖ ｏｅ ｈ
ｓ ｆ ｄａ ｉｅ ｒ ｐｅ ｔ ｅｌ ａ ｐｔ ｐ ｏ ｒｙ． ｖ
Ｋｅ ｗｏｒ ：ｕ ｚ ＰＩ ｃ ｔｏｌ ｒｐａ ａ ｅｅｒ ｕ ｉｇ，ｉ ｕａｔ ｓ ｙ ｄｓｆ ｚ ｙ Ｄ ｏｎ ｒ ｌ ， ｒ ｍ ｔ ｓ ｔ ｎｎ ｓｍ ｌ ｉ ｅ ｏｎ
本文 讨 论 了基 于 模 糊 自适应 ＰＤ控 制 器 参 数 整 定 的 一 种 方 Ｉ 法， 以偏 差 ｅ和 偏 差 变化 率 ｅ ｃ作 为 输 入 ， 据 不 同 时刻 的偏 差 根 ｅ和 偏差 变化 率 ｅ ｃ对 ＰＤ参 数 进 行 在 线 自调 整 ， 对 其 自适 应 Ｉ 并
和 自适 应 能 力 。
关 键 词 ： 糊 ＰＤ控 制 器 ， 数 整 定 ， 真 模 Ｉ 参 仿
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒｃ
Ｉ ｔ ｉ ｐａ ｒｂａ ｅｄ ｎ ｈ ｆｚ ｙ ｅｌ ｄａｐ ｉｅ ｎ ｈｓ ｐｅ ， ｓ ｏ ｔｅ ｕ ｚ ｓ ｆ ａ ｔ ＰＩ ｖ Ｄ ｗｉ ｐ ａｍｅｔ ｓ ｕ ｉｇ ｓ ｔ ｈ ａｒ ｅｒ ｔ ｎｎ ｉ ｄｅ ｅｌ ｅｄ， ｅ ｍ ｐｉｃ ｅｑｕ ｔ ｎ ｎｄ ｖ ｏｐ ｔ ｅ ｈ ｒ ａｌ ｉ ａｉ ａ ｏ ｍｅ ｈ ｏ ｅ ｔ ａｉｎ ｔ ｏｄ ｆ ｓｉ ｔｏ ＰＩ ｍ Ｄ ｐ ａｍｅ ｅｒ ａ ｅ ｖ Ｓｉ ａｔ ｎ ｏ ＰＩ ａｒ ｔ ｓ ｒ ｇｉｅｎ． ｍｕｌ ｉ ｓ ｆ Ｄ ｃｏ ｔｏｌ ｄ ｕ ｚ ｓ ｆ ｏ ｎ ｒ ａｎ ｆ ｚ ｙ ｅｌ ａｄａ ｔ ｅ ｐ ｉ ＰＩ ｖ Ｄ ｃｏ ｔｏｌ ｏｎ ｅｒ ｎｇ ｎ ｒ ｃ ｃ ｎｉ ｔ ｅｉ ｅ ｐｅ ｉ ｎ ｒ ｑｕ ｉ ａｒ ｄｏ ，ｉ ｕａｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｔ ｕ ｚ ｅｌ ｈ ｒ ｓ ｃｔ ｒ ｖｅ ｃｏ ｔｏｌ ａｌｙ ｅ ｔ ｎｅｓｍ ｌ ｉ ｏｎ ｈ ｗｓ ｈ ｔ ｈｅ ｆ ｚ ｙ ｓ ｆ ａｄ ｔ ｅ ａｐ ｉ ＰＩ ｖ Ｄ ｃ ｔｏｌ ｒ ａｓ ｏｎ ｒ ｌ ｈ ｂｅｔ ｒ ｔ ｌｙ ｅ ｔｅ ｓａｂｉ ａｎ ｉ ｔ ｄ
能 力 进 行 了仿 真与 分 析 。
１ 模 糊 自适应 Ｐ Ｄ控 制器 参 数 整 定 原 理 Ｉ
从 系统 的稳 定 速 度 、 超 调 量 和 稳 态 精度 等各 方 面特 性 来 考
虑 Ｋ 、 ． Ｋ 各个 参 数 对 控 制 品 质 的影 响 。 Ｋ 和 。 比例 系 数 Ｋ 的作 用 在 于 加 快 系 统 响 应 速 度 ， 高 系 统 的 提
汤 秀芬
（ 宁夏大学物理电气信息学院， 宁夏 银川 ７ ０ ２ ） ５０ １
摘 要
主 要研 究 了模 糊 自适 应 ＰＤ 控 制 器 参 数 整 定 方 法 ， 出 了预 估 计 ＰＤ 参 数 值 的 经验 公 式 和 方 法。 用 ＭＡ Ｌ Ｂ软 件 对 Ｉ 给 Ｉ ＴＡ ＰＤ控 制 、 糊 自适 应 ＰＤ 控 制 的 控 制 性 能分 别 进 行 了仿 真 研 究 ， 果表 明 参 数模 糊 自整 定 ＰＤ控 制 具 有 良好 的稳 态精 度 Ｉ 模 Ｉ 结 Ｉ
出 现较 大 的超 调 。若 Ｋ 过 小 ， 使 系 统 静 态 误 差 难 以 消除 ， 响 － 将 影
系 统 的调 节 精 度 。 微 分环 节 作 用 系 数 Ｋ 的作 用 在 于 改 善 系统 的动 态 特 性 。 。 其 作 用 主要 是 在 响 应 过 程 中 抑 制 偏 差 向任 何 方 向 的 变化 ，对 偏 差